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WO2004012015A1 - Method and device for setting the toner concentration in the developer station of an electrophotographic printer or copier - Google Patents

Method and device for setting the toner concentration in the developer station of an electrophotographic printer or copier Download PDF

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Publication number
WO2004012015A1
WO2004012015A1 PCT/EP2003/008056 EP0308056W WO2004012015A1 WO 2004012015 A1 WO2004012015 A1 WO 2004012015A1 EP 0308056 W EP0308056 W EP 0308056W WO 2004012015 A1 WO2004012015 A1 WO 2004012015A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
toner
consumption value
manipulated variable
toner concentration
concentration
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/008056
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Alfred Zollner
Bernhard Hochwind
Wolfgang Schullerus
Volkhard Maess
Hans-Detlef Groeger
Peter Möstl
Original Assignee
Oce Printing Systems Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Oce Printing Systems Gmbh filed Critical Oce Printing Systems Gmbh
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Priority to EP03771073A priority patent/EP1525514B1/en
Priority to US10/520,187 priority patent/US7433613B2/en
Priority to DE50312775T priority patent/DE50312775D1/en
Publication of WO2004012015A1 publication Critical patent/WO2004012015A1/en

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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03GELECTROGRAPHY; ELECTROPHOTOGRAPHY; MAGNETOGRAPHY
    • G03G15/00Apparatus for electrographic processes using a charge pattern
    • G03G15/06Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing
    • G03G15/08Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing using a solid developer, e.g. powder developer
    • G03G15/0822Arrangements for preparing, mixing, supplying or dispensing developer
    • G03G15/0848Arrangements for testing or measuring developer properties or quality, e.g. charge, size, flowability
    • G03G15/0849Detection or control means for the developer concentration
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • G03G15/06Apparatus for electrographic processes using a charge pattern for developing
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    • G03G15/0822Arrangements for preparing, mixing, supplying or dispensing developer
    • G03G15/0848Arrangements for testing or measuring developer properties or quality, e.g. charge, size, flowability
    • G03G15/0849Detection or control means for the developer concentration
    • G03G15/0853Detection or control means for the developer concentration the concentration being measured by magnetic means

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for adjusting the toner concentration of a toner particle / carrier particle mixture in a developer station of a printer or copier, and an apparatus for developing a latent charge image on an intermediate carrier of an electrophotographic printer or copier.
  • the toner particles serve to color the latent charge image on the intermediate carrier.
  • the toner is then transferred from the intermediate carrier onto a recording medium, e.g. Transfer paper.
  • carrier particles Small iron or steel granules are known, for example, as carrier particles. These typically have a two-fold function: on the one hand, the toner particles become triboelectrically charged when the mixture is mixed on the carrier particles, on the other hand the toner particles attach to the carrier particles and are adhered to the intermediate carrier.
  • the transport of the carrier particles to the intermediate carrier is accomplished, for example, with a magnetic developer roller, on which the carrier particles attach.
  • the electrically charged toner particles are transferred to the intermediate carrier in accordance with the electric field of the charge image, while the carrier particles remain in the developer station or are returned.
  • toner is thus removed from the developer station by a corresponding supply of toner must be replaced in the developer station. It is necessary both for the quality of the printed image and for the trouble-free operation of the developer station that the toner concentration always corresponds to a predetermined value, hereinafter called the target value.
  • control methods are usually used in which the current toner concentration, i.e. the actual value (or a variable dependent thereon) is measured and its difference from the target value, the so-called control deviation, is minimized by suitably setting a manipulated variable, for example the supply of toner.
  • the magnetic permeability of the mixture can be measured with the aid of a sensor, which is characteristic of the toner concentration, since only the carrier particles can be magnetized.
  • the senor cannot be arranged in the section of the developer station from which the toner for developing the charge image is actually removed, as will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. Instead, the sensor must be placed in the so-called container of the developer station. This is problematic insofar as a toner concentration gradient arises within the developer station in the printing or copying operation, so that the toner concentration measured in the container deviates from the toner concentration relevant for the printing process in the toner removal area and the control is therefore based on a falsified actual value. Another problem is that the sensor measurement value is influenced by the current toner charge, which changes depending on the toner throughput, among other things. This can also falsify the underlying actual value.
  • the toner concentration measurement with the aid of a toner mark is indirect in that the print density of the toner mark depends not only on the toner concentration but also on a number of other variables. These variables include, for example, the illumination intensity of a character generator, the degree of electrostatic charging of the toner, the intensity of the charging of the intermediate carrier and the magnitude of the voltage between the developer roller and the intermediate carrier.
  • the toner concentration can only be reliably determined from the toner mark if all of these variables assume a known, constant value.
  • Another problem with conventional methods for regulating the toner concentration is that the toner concentration is adjusted relatively slowly to the setpoint because the control gain has to be kept relatively low. Too high a control gain leads to unstable control behavior, an increase in susceptibility to interference and poorer management behavior.
  • DE 199 00 164 AI shows a method and a device for regulating the toner concentration in an electrographic process.
  • Two operating states are provided there.
  • a toner mark is generated on the intermediate carrier, the density of the toner mark is scanned and the toner mark is removed from the intermediate carrier again.
  • the sampled toner density value is used to regulate the toner concentration in the developer station and finds its influence, for example, in a nominal toner concentration value or in a regulating threshold value.
  • information to be printed is generated on the intermediate carrier as a toner image and is reprinted on a recording medium.
  • DE 196 31 261 AI shows a device for use in an electrophotographic device, with a first control device that uses the blackening of test marks to determine a target value for the toner concentration in a developer station, and a second control device that is arranged downstream of the first control device regulates the toner concentration in the developer station to this setpoint.
  • the second control device has a sensor for determining the toner concentration in the developer station and, depending on the measured toner concentration, generates a toner replenishment signal which can optionally be modified by a signal which corresponds to a toner consumption value.
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus which enables the development of a latent image with toner with high print quality.
  • the toner concentration is measured in a mixture with a sensor arranged in the developer station and the toner supply is adjusted with an actuator, a current consumption value for toner particles being determined and a control unit for regulating the toner concentration depending on the signal from the sensor and the actuator controls determined consumption value.
  • determining the consumption value is to be understood in a broad sense, meaning both a more or less precise measurement and a mere estimate. Examples of suitable estimates of the consumption value are given below.
  • the errors in the direct measurement can be corrected to a certain extent, since both the spatial concentration gradient in the developer station and the electrostatic charging of the toner are related to the current toner consumption.
  • the calculated toner concentration at the toner removal location can be entered as a controlled variable in the control unit and the actuator can be controlled by the control unit in such a way that the calculated toner concentration at the toner removal location is approximated to a target value.
  • the current toner consumption value can be taken into account directly when regulating the toner concentration and not only when it manifests itself in a control deviation. This improves the dynamic behavior of the control.
  • the actuator is preferably controlled by the combination of a first and a second manipulated variable, the first manipulated variable being measured according to the toner consumption value and the second manipulated variable based on the measured toner concentration.
  • the first manipulated variable is preferably dimensioned such that it causes a toner supply that corresponds to the current toner consumption value.
  • the current consumption value represents a disturbance variable that counteracts the first manipulated variable directly and without feedback.
  • the second manipulated variable is preferred dimensioned so that it regulates the toner concentration to a target value.
  • the "combination" of the two manipulated variables is simply an addition of the two.
  • the first manipulated variable can be the output signal of a control chain, which is added to the signal of the second manipulated variable, which in turn is formed by the output signal of a control loop.
  • the consumption value is converted into an auxiliary variable which is fed into the controller and is dimensioned such that it produces a manipulated variable which corresponds to a toner supply in accordance with the consumption value.
  • the controller outputs a manipulated variable which is referred to here as a "combination" of two manipulated variables, namely a first manipulated variable which would result if only the auxiliary variable were fed into the controller would be fed, and a second manipulated variable, which would result if only the control deviation were fed into the controller.
  • this combination of the first and second manipulated variable is not necessarily a sum, but a function of the two.
  • the term “combination” of the two manipulated variables is to be understood in the present invention.
  • the toner supply set on the actuator is assumed to be the toner consumption value.
  • This choice of the estimated value results from the following consideration: If the method works as desired, the current toner concentration corresponds to its target value and the current toner supply corresponds to the current toner consumption. In this case, the current toner supply is a very good estimate of the current toner consumption. In this respect, the choice of the estimated value is self-consistent: the better the method works, the better the estimated value of the toner consumption, on the basis of which the method then works again works better. It has been shown that despite the implicit feedback, a stable control behavior can be obtained through a suitable choice of control parameters.
  • the advantage of this special embodiment of the method is that the current toner supply is a quantity that is easy to grasp, so that this method can be used in conventional devices without major structural interventions.
  • the toner consumption value is estimated from print data.
  • the toner consumption value is preferably estimated from the number of pixels to be printed, weighted with its inking level.
  • Such an estimate of the toner consumption value is already known from US Pat. No. 5,202,769, but is only used therein for the pure control of the toner supply, but not in the context of a regulation.
  • mere control is unsuitable to set the toner concentration stable and safe over a long period of time, because small systematic deviations between actual and estimated toner consumption add up over time.
  • the deviation from the actual and estimated toner consumption can become very large, so that a toner concentration in the developer station that is much too high or too low quickly arises, which, as mentioned above, can damage it.
  • the toner consumption value can be estimated from the print data so precisely that the first manipulated variable, which is based on the toner consumption value, already causes a toner concentration in the developer station that is close to the target value for short and medium times.
  • the second manipulated variable then causes only a relatively slight correction of the toner supply which is controlled by the first manipulated variable.
  • the control dynamics are greatly improved because the pre-controlled portion of the toner supply, that is to say the first manipulated variable, reacts immediately to the determined toner consumption value and the second manipulated variable has to compensate for far fewer control deviations than in a conventional method.
  • the toner consumption value can be estimated in an alternative development of the method from the number of pixels, weighted with its coloring level, which are set in the character generator producing the latent printed image.
  • the pixels are preferably counted with the aid of an application-specific integrated circuit which is connected to the character generator.
  • the toner consumption value is estimated on the basis of the current consumption of the character generator generating the latent charge image. This is possible because the toner consumption and the power consumption in the character generator are directly related. A certain amount of light energy is required to generate each pixel of the charge image, which in turn is reflected in the power consumption of the character generator.
  • a toner consumption value that is sufficiently good for the purposes of the method according to the invention can be estimated from the power consumption.
  • the advantage of this further developed method is that it can be implemented in existing printer and copier systems with minimal structural additions. In the context of the described method, the toner consumption value can be determined “in advance” for practical reasons.
  • the consumption value is estimated from pressure data which are usually already present a certain time before the charge image is developed.
  • the determined toner consumption value is preferably stored in a data buffer, for example a delay buffer, until the corresponding printed image is colored. Then the control unit for controlling the toner concentration can control the actuator depending on the determined consumption value at exactly the point in time at which the determined consumption actually takes place, which improves the control dynamics.
  • the relative weighting of the first and second manipulated variable is varied in the course of the printing or copying process.
  • the second manipulated variable is preferably suppressed in the starting phase of a printing or copying process and its weighting is increased when the state of the mixture in the developer station has stabilized. Because in the start-up phase, the toner concentration in the developer station can only be determined inaccurately, since the mixture run has not yet stabilized. Due to the imprecise concentration measurement in the start phase, it is advisable to rely on the first manipulated variable first.
  • the controller unit preferably comprises a PID controller.
  • the control parameters used are varied in the course of the printing or copying process.
  • FIG. 1 shows a schematic drawing of components of an electrophotographic printer
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a developer station with toner supply and control unit
  • FIG. 3 shows a block diagram in which a conventional control method is shown
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a developer station, in which the location dependence of the toner concentration is shown as a model
  • FIG. 5 shows a schematic diagram of the toner concentration distribution in a developer station in a conventional control method
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of the toner concentration distribution in a developer station in the control method according to the invention
  • FIG. 10 shows the schematic structure of a control unit
  • FIG. 11 shows the schematic structure of a further control unit
  • FIG. 12 four schematic diagrams a-d, in which the determined toner consumption value (a), the actual one
  • a photoconductor drum 10 is shown in cross section, the peripheral surface of which is coated with a photo semiconductor, for example arsenic triselenide (As 2 Se 3 ).
  • a photo semiconductor for example arsenic triselenide (As 2 Se 3 ).
  • As 2 Se 3 arsenic triselenide
  • Such a photo semiconductor has a high dark resistance, which, however, drops with sufficient exposure.
  • the photoconductor drum 10 rotates in the direction indicated by the arrow 12.
  • Her photo semiconductor layer is first electrostatically charged with the help of a so-called charging corotron 14.
  • the charged section arrives at a character generator 16 with a light source 18 (an LED comb in FIG. 1) and a control unit 20.
  • the control unit 20 specifies at which points the photoconductor drum 10 is to be exposed. At the exposed areas, the electrical resistance of the photo semiconductor layer drops and the charge flows off. In this way, pixels of a latent charge image are generated on the photoconductor drum. These pixels, called pixels, are therefore "set" in the character generator.
  • Developer unit 22 comprises a container 24 in which there is a mixture 26 of toner particles and carrier particles.
  • the carrier particles consist of a magnetic material such as iron or steel and ferrite. Therefore, the carrier particles can be attracted to a magnetic developer roller 28 and conveyed to the photoconductor drum 10 together with the toner particles adhered to them by rotating the developer roller 28.
  • the carrier particles align themselves along the magnetic field lines generated by the developer roller 28 in such a way that they form a brush-like arrangement on the surface of the developer roller 28, which is referred to as a "magnetic brush" 56 (cf. FIG. 4).
  • the toner particles are charged in the developer * station 22 triboe- lectric and transmitted with the aid of a suitable electric field of the magnetic brush 56 on the exposed (so-called "dark letter") unexposed areas of the photo-semiconductor (so-called "Light-writing") or.
  • the charge image located on the photoconductor drum 10 is colored with toner, ie developed.
  • the toner image is then transferred to a printing medium, for example a sheet of paper 32, in a transfer printing station 30. Therefore, the photoconductor drum 10 is generally referred to as an intermediate carrier.
  • the developer station 22 is shown enlarged in FIG. Since only toner, but no carrier particles, are transferred to the photo semiconductor layer during the development of the latent charge image, the toner concentration in the container 24 of the developer station 22 would decrease over time if toner was not continuously added to the developer station 22. would lead.
  • the developer station 22 is therefore connected to a toner reservoir 36, and the toner supply from the reservoir 36 into the developer station 22 takes place with the aid of a motor 38 which drives a conveying device.
  • the delivery rate of the motor 38 is predetermined by a motor controller 40.
  • a common method of adjusting the toner concentration in developer station 22 is based on a simple control loop.
  • the current toner concentration in the developer station 22 is measured with the aid of a sensor 42.
  • the measured toner concentration is the controlled variable 44, which represents the input signal to a controller 46.
  • the control deviation is calculated in the controller 46 by subtracting the controlled variable 44 from a reference variable.
  • the controlled variable is called the actual value, the reference variable is called the setpoint.
  • the controller 46 From the system deviation, the controller 46 generates a manipulated variable 48 that is sent to an actuator, which in the present case is formed by the motor 38 and the motor controller 40.
  • the manipulated variable 48 is dimensioned such that it causes a toner supply via motor control 40 and motor 38, which compensates for the control deviation. It should be noted that here and in the following terms such as controlled variable 44 and manipulated variable 40 are used both for the abstract elements of the control loop and for the signals which transmit the corresponding variables.
  • FIG. 3 shows a measurement value acquisition device 52 which, on the basis of a sensor signal 50 from the sensor 42, generates the controlled variable 44 and a motor signal 54 with which the motor controller 40 uses the motor 38 controls.
  • the motor can be operated intermittently or the speed can be varied.
  • this conventional control method shown in FIG. 3 has several problems.
  • the first problem is that the toner concentration measured with the aid of the sensor 42 does not necessarily correspond to the toner concentration at the location at which the toner is actually removed for developing the photoconductor 10.
  • the problem is shown schematically in FIG. 4, in which the brightness of the toner-carrier particle mixture 26 represents the toner concentration as a model.
  • the toner concentration is particularly high in the area labeled A in which toner is supplied, and in the area labeled C from which toner is removed for development. This toner concentration gradient occurs even though the mixture 26 is mixed in the developer station, for example with the aid of a paddle wheel (not shown).
  • the term “slope” is not intended to mean that the toner concentration changes linearly with location. In fact, there may be a general, non-linear relationship between toner concentration and location.
  • the concentration that is essential for the printing or copying process is that in the toner removal area C.
  • no sensor can be installed in the toner removal area C, because this would get in the way of the developer roller 28 and the structure of the magnetic brush 56. Instead, the sensor must be arranged at a location B in the container 24 of the developer unit 22 at which the current toner concentration usually does not match that in the toner removal area C.
  • the toner concentration gradient is shown schematically in the diagram in FIG. Therein, the graph 58 shows the toner concentration (TK) dependent on the position P in the developer station 22 with low toner consumption, ie low toner extraction per unit of time. As can be seen in FIG. 5, the toner concentration in the entire developer station is almost identical. This is because with low toner consumption there is enough time for the to- balances by mixing the toner carrier particle mixture.
  • the • Graph 60 shows the spatial toner concentration distribution with high toner consumption. 5, there is a considerable drop in the toner concentration within the developer station 22. If, as shown in FIG. 5, the toner concentration at the installation location B of the sensor is regulated to its target value (S), the toner concentration in the removal area C is clearly below the target value. This leads to poor printing behavior and, in the worst case, to damage to the developer station 22.
  • FIG. 5 is only to be understood schematically. For the sake of simplicity, a linear course of the toner concentration as a function of the position has been assumed, but a more complicated dependence is also possible.
  • the method according to the invention provides for determining a current toner consumption value more or less precisely, and from this together with the toner concentration measured at the installation location B of the sensor, the toner concentration in the removal area C. to calculate. Then the toner concentration at the installation location B of the sensor is set so that the (calculated) toner concentration in the removal area C corresponds to the target value.
  • the toner concentration distribution thus effected is shown as graph 62 in FIG. 6.
  • the difference between the toner concentration actually set at location B and the target value (S) is called sensor correction 64.
  • the sensor correction 64 is a variable that is calculated from the determined toner consumption value.
  • the “calculation” of the toner concentration in the removal area C is typically carried out by means of a simulation.
  • the simulation is thereby a model for the relationship between the to- nerkonzentration at the removal location C, the toner concentration at location B of the sensor 42 and the toner consumption value.
  • the model and its model parameters can be determined empirically by adapting to test measurements.
  • TK (C) TK (B) - ⁇ • Toner consumption value.
  • This simulation model can, for example, be supplemented by higher-order terms in the toner consumption value, the coefficients of which can be determined by adapting to experimentally determined data.
  • determining in this context cannot mean exact recording of the actual current toner consumption, because if this were possible, the task of the entire method would already have been achieved.
  • determining means any direct or indirect approximate determination of the current toner consumption, including its estimation.
  • the manipulated variable 48 is already a relatively good estimate of the current toner consumption.
  • the manipulated variable 48 is entered as the current toner consumption value in a correction unit 66, which determines the sensor correction 64 therefrom and which sends a corresponding sensor correction signal to the measuring device 52. Again, neither language nor borrowed with respect to the reference number between the sensor correction and the corresponding signal.
  • the use of the manipulated variable 48 as a toner consumption value represents a feedback that could in principle bring the control loop out of balance. However, it has been shown in practice that this feedback can also achieve stable control behavior if the control parameters are selected appropriately.
  • the toner consumption value 68 is determined in a printer controller 70 on the basis of print data and transmitted to the correction unit 66.
  • the consumption value 68 can be calculated in the printer controller during or after the preparation of the print data.
  • the number of pixels to be inked is determined from the print image data for each of a certain number of inking stages, and the toner consumption is estimated therefrom. Specifically, this is done as follows: each pixel to be printed is assigned to one of m inking levels (gray levels), where m is a natural number. If the number of pixels of the i-th coloration level is denoted by n ⁇ , the estimated value for the toner consumption is calculated according to:
  • Toner consumption k Ve rb • (ki • ni + ... 4- ki ⁇ ni +... + K m • n m ) + k 0 ,
  • ki is the weighting factor of the number of pixels of the i-th coloration level and k Ve rb is a proportionality factor.
  • k 0 Designates a basic consumption of toner due to dust formation, suction or the like
  • the print image data is processed in the printer controller 70 before the exposure and inking of the photo semiconductor of the photo drum 10. There can be a certain, not insignificant period of time between the preparation of the print data and the development of the photoconductor. Therefore in the representation of 8, a delay buffer 72 is provided, in which the toner consumption value determined by the printer controller 70 is temporarily stored for the duration of this period and is only passed on to the correction unit 66 when the image corresponding to the print data is actually developed.
  • control dynamics that can be achieved with it are relatively sluggish. This means, for example, that a certain lack of toner must first occur until the controller 46 begins to supply the missing amount of toner via the motor control 40 and motor 38.
  • the control gain of the controller 46 cannot be chosen to be arbitrarily large, because otherwise the control loop would be susceptible to failure.
  • a toner concentration occurs again and again in the developer station 22, which deviates considerably from the target value, which affects the print quality and, in the worst case, can damage the developer unit 22.
  • FIG. 9 shows a controller unit 74 which, in addition to the input for the controlled variable 44, has an input for the determined toner consumption value 68.
  • the control unit 74 generates a combined manipulated variable 76 from the controlled variable 44 and the toner consumption value 68.
  • the combined manipulated variable 76 is composed of a first manipulated variable, which is a purely control variable and causes a toner supply that corresponds to the toner consumption value 68, and a second manipulated variable, which is measured from the controlled variable 44 and essentially corresponds to the manipulated variable 48 in the conventional method of FIGS. 3, 7 and 8.
  • the second manipulated variable basically serves to compensate for errors in the pilot control by means of regulation.
  • the controlled variable 44 that is to say the actual value of the toner concentration
  • the controlled variable 44 is relatively close to its target value. Since a change in the toner consumption is counteracted directly via the first manipulated variable, the dynamic behavior of the toner concentration setting according to FIG. 9 is far better than in the conventional, pure control method.
  • the first manipulated variable is the manipulated variable that the control unit 74 would output if the control deviation were zero and only a certain toner consumption value signal 68 was fed into the control unit 74.
  • the second manipulated variable is the manipulated variable which the control unit 74 would output if only the controlled variable 44, ie a measured value of the target concentration were fed into the control unit 74, but no toner consumption value signal 68 was present at the control unit 74. How these two manipulated variables are combined to form a manipulated variable 76 depends on the special structure of the control unit 74. All control units 74 in which the controlled variable 44 (the measured toner concentration) and the determined toner consumption value 68 are processed to a common manipulated variable 76. Without limitation, however, two simple examples for the controller unit 74 are to be explained in FIGS. 10 and 11 for illustration.
  • the control unit 74 comprises a controller 46 of essentially the same type as in FIGS. 2, 3, 7 and 8.
  • the controller 46 receives the controlled variable 44 as an input signal and outputs the second manipulated variable 78 as an output signal.
  • the controller 74 further comprises a control element 80 which generates the first manipulated variable 82 from the toner consumption value 68. In node 83, the first manipulated variable 82 and the second manipulated variable 78 are added to the combined manipulated variable 76.
  • the control unit 74 comprises, in addition to the controller 46, a control unit 84 which generates an auxiliary variable 86 from the toner consumption value 68, which is added to the control variable 44.
  • the auxiliary variable 86 corresponds to that hypothetical control deviation from which the controller 46 would prescribe a toner supply corresponding to the toner consumption value 68.
  • the first and second manipulated variables do not occur explicitly in the control unit 74 in FIG. 11, but according to what has been said above, they are already determined by the signals present, i.e. the toner consumption value 68 or the controlled variable 44 are well defined and are reflected in the combined manipulated variable 76.
  • the term “combination of the first and second manipulated variable” is to be understood in the context of the present invention.
  • FIG. 12 shows the determined toner consumption value TVE (a), the actual toner consumption TV (b), the manipulated variable SW2 of the second manipulated variable or the manipulated variable SWK of the combined manipulated variable (c) and the actual value I of the toner concentration (d) in a schematic diagram against a common time axis applied.
  • the toner consumption value 68 entered in diagram (a) has been determined in the printer controller 70 of FIGS. 8 and 9 from print data. Since the print data are available before the charge image is developed, the determined toner consumption value is also available in each case by a time interval T before the actual toner consumption. For this time interval T, the toner consumption value 68 is temporarily stored in the delay buffer 72 (see FIGS. 8 and 9) and is therefore synchronized with the actual toner consumption, as shown in diagram (b).
  • Diagram (b) shows that the determined toner consumption value 68 (solid line) deviates somewhat from the actual consumption TV (dotted line).
  • the determined toner consumption value 68 is, for example, above the actual consumption TV.
  • the control deviation at the beginning of the interval Ti is 0, as can be seen in diagram (d), and the manipulated variable SW2 of the second manipulated variable is therefore initially also equal to 0 (see diagram c).
  • the manipulated variable SWK of the combined manipulated variable at the beginning of the interval Ti therefore only results from the first manipulated variable and, as can be seen in diagram (c), is above the actual consumption because the determined consumption value was overestimated.
  • the actual value of the toner concentration at the beginning of the interval Ti rises above the target value.
  • the control unit 74 In response to this control deviation, the control unit 74 generates a second manipulated variable with a negative manipulated variable SW2, which corrects the manipulated variable SWK of the combined manipulated variable and adjusts it to the actual toner consumption TV approximately at the middle of the time interval Ti (see diagram (c)).
  • the same behavior is shown in the time intervals T 2 and T 3 , in which the determined toner consumption value 68 is also above the actual toner consumption.
  • the determined toner consumption value 68 lies below the actual toner consumption TV, so that the manipulated variable SWK of the combined manipulated variable SWK is initially below the actual toner consumption TV due to a too small first manipulated variable.
  • the actual value I of the toner concentration TK initially falls below the setpoint S, but is then regulated back to the setpoint S by a then positive manipulated variable SW2 of the second manipulated variable.
  • the second manipulated variable only makes a relatively small contribution to the combined manipulated variable. It essentially serves to correct errors in the first manipulated variable due to an inaccurate estimated value. Since the first manipulated variable immediately reacts to a determined change in the toner consumption value, the dynamics of the method according to the invention for setting the toner concentration are very good. In contrast to a pure control method, in the method according to the invention a systematic error in the determination of the toner consumption value is corrected, which would otherwise add up over time and would lead to a divergent toner concentration in the developer station 22.
  • FIG. 13 shows an alternative embodiment of the method according to the invention, which differs from the method of FIG. 9 in the way in which the toner consumption value 68 is determined.
  • a pixel counter 88 is used, which counts the pixels set for each coloring step in the character generator 16 (see FIG. 1).
  • the pixel counter 88 is formed by an application-specific integrated circuit (ASIC).
  • ASIC application-specific integrated circuit
  • the pixel counter 88 has three inputs 90, 92 and 94 corresponding to the three coloring levels, light gray, dark gray and black, which are taken into account in the present exemplary embodiment.
  • a signal in the coloration level of the pixel is corresponding input 90, 92 or 94 fed.
  • the toner consumption value 68 is determined from the counted pixels by weighting with their respective inking level in a manner similar to that already described above.
  • Such a pixel counter 88 can be easily combined with conventional systems without having to be significantly modified.
  • the pixel counter 88 may be provided with a delay buffer 72 similar to the printer earth controller 70 of FIG. 8.
  • FIG. 14 shows a particularly simple and inexpensive implementation of the method according to the invention.
  • the electrical current with which a current source 96 supplies the character generator 16 is measured in a current measuring device 98 and the measured value is transferred to a toner consumption estimator 100.
  • the toner consumption estimator 100 estimates the toner consumption value 68 from the power consumption of the character generator 16. This succeeds because the power consumption of the character generator 16, as already explained above, is a measure of the number and coloration level of printed pixels.
  • the advantage of the method in FIG. 14 is that it can be implemented in conventional printers or copiers with very little design effort.
  • a signal weight 102 which determines the weight with which the controlled variable 44 is to be taken into account when generating the combined signal 76
  • a signal weight 104 which determines the weight with which the determined consumption value 68 in the combined manipulated variable 76 is used, serve for this purpose To find precipitation.
  • the corresponding weighting can be specified according to FIG. 15 via time-dependent weighting functions fl (t) and f3 (t).
  • the controlled variable 44 is not very reliable in the starting phase of a printer or copier because the mixture flow in the developer station 22 has not yet stabilized. It is therefore advantageous to keep the contribution of the controlled variable 44 to the combined manipulated variable 76, ie the weight of the second manipulated variable with the aid of the signal weight 102 and a suitable choice of fl (t) in the start phase, and to increase it only when the state changes of the mixture in the developer station 22 has stabilized.
  • control unit 74 in the exemplary embodiment 15 shows a memory 106 in which the control parameters are stored in accordance with a time-dependent or state-dependent function f2 (t).
  • the controller 46 is a PID controller, therefore the function f2 (t) is a vector-valued function, the vector components of which contain all the required control parameters.
  • a toner consumption estimator which is not specified in more detail and which determines the consumption value 68, is designated by 108 in FIG.
  • the previously described elements of printer controller 70, pixel counter 88 or toner consumption estimator 100 can be used as toner consumption estimators 108.
  • Control unit 78 second manipulated variable

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Abstract

The invention relates to a method and device for setting the toner concentration of a toner particle/support particle mixture (26) in a developer station (22), for developing a latent charge of an image on an intermediate support (10) of an electrophotographic printer or copier, whereby a sensor (42), arranged in the developer station (22), measures the toner concentration in the mixture (26). An actuator (40, 42) adjusts the toner supply to the developer station (22). A current usage value (68) for toner particles is determined. A regulator (74) for the regulation of the toner concentration, operates the actuator (40, 42) depending on the signal (50) from the sensor (42) and the determined usage value (68), whereby the toner concentration, at the point of the developer station where the toner is used to develop the latent image, is calculated from the toner concentration measured at the site of installation of the sensor (42) and the usage value (68).

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen der Tonerkonzentration in der Entwicklerstation eines elektrofotografischen Druckers oder KopierersMethod and device for adjusting the toner concentration in the developer station of an electrophotographic printer or copier
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen der Tonerkonzentration eines Tonerteilchen-Trägerteilchen-Gemisches in einer Entwicklersta- tion eines Druckers oder Kopierers sowie eine Vorrichtung zum Entwickeln eines latenten Ladungsbildes auf einem Zwischenträger eines elektrofotografischen Druckers oder Kopiergerätes .The present invention relates to a method and an apparatus for adjusting the toner concentration of a toner particle / carrier particle mixture in a developer station of a printer or copier, and an apparatus for developing a latent charge image on an intermediate carrier of an electrophotographic printer or copier.
Die Tonerteilchen, im Folgenden manchmal auch kurz "Toner" genannt, dienen zur Einfärbung des latenten Ladungsbildes auf dem Zwischenträger. Vom Zwischenträger wird der Toner dann, in einem weiteren Schritt auf einen Aufzeichnungsträger, z.B. Papier übertragen.The toner particles, sometimes also called "toner" in the following, serve to color the latent charge image on the intermediate carrier. In a further step, the toner is then transferred from the intermediate carrier onto a recording medium, e.g. Transfer paper.
Als Trägerteilchen sind beispielsweise kleine Eisen- oder Stahlkörnchen bekannt. Diese haben typischerweise eine zweifache Funktion: Zum einen laden sich die Tonerteilchen beim Durchmischen des Gemisches an den Trägerteilchen triboe- lektrisch auf, zum anderen lagern sich die Tonerteilchen an den Trägerteilchen an und werden an diesen anhaftend zum Zwischenträger befördert. Der Transport der Trägerteilchen zum Zwischenträger wird dabei beispielsweise mit einer magnetischen Entwicklerwalze bewerkstelligt, an der sich die Trä- gerteilchen anlagern. In unmittelbarer Nähe des Zwischenträgers werden die elektrisch geladenen Tonerteilchen dem elektrischen Feld des Ladungsbildes entsprechend auf den Zwischenträger übertragen, während die Trägerteilchen in der Entwicklerstation verbleiben, bzw. zurückgeführt werden.Small iron or steel granules are known, for example, as carrier particles. These typically have a two-fold function: on the one hand, the toner particles become triboelectrically charged when the mixture is mixed on the carrier particles, on the other hand the toner particles attach to the carrier particles and are adhered to the intermediate carrier. The transport of the carrier particles to the intermediate carrier is accomplished, for example, with a magnetic developer roller, on which the carrier particles attach. In the immediate vicinity of the intermediate carrier, the electrically charged toner particles are transferred to the intermediate carrier in accordance with the electric field of the charge image, while the carrier particles remain in the developer station or are returned.
Während des Entwickeins wird also Toner aus der Entwicklerstation entnommen, der durch eine entsprechende Tonerzufuhr in die Entwicklerstation ersetzt werden muss. Dabei ist es sowohl für die Qualität des Druckbildes als auch für den störungsfreien Betrieb der Entwicklerstation notwendig, dass die Tonerkonzentration stets einem vorbestimmten Wert, im folgenden Sollwert genannt, entspricht.During development, toner is thus removed from the developer station by a corresponding supply of toner must be replaced in the developer station. It is necessary both for the quality of the printed image and for the trouble-free operation of the developer station that the toner concentration always corresponds to a predetermined value, hereinafter called the target value.
Zur Einstellung der Tonerkonzentration auf diesen Sollwert werden üblicherweise Regelverfahren verwendet, bei denen die aktuelle Tonerkonzentration, d.h. der Istwert (oder eine davon abhängige Größe) gemessen wird und dessen Differenz vom Sollwert, die sogenannte Regelabweichung durch geeignetes Einstellen einer Stellgröße, beispielsweise der Tonerzufuhr, minimiert wird.To set the toner concentration to this setpoint, control methods are usually used in which the current toner concentration, i.e. the actual value (or a variable dependent thereon) is measured and its difference from the target value, the so-called control deviation, is minimized by suitably setting a manipulated variable, for example the supply of toner.
Zur Messung der Tonerkonzentration in der Entwicklerstation kann beispielsweise die magnetische Permeabilität des Gemisches mit Hilfe eines Sensors gemessen werden, die für die Tonerkonzentration kennzeichnend ist, da lediglich die Trägerteilchen magnetisierbar sind.To measure the toner concentration in the developer station, for example, the magnetic permeability of the mixture can be measured with the aid of a sensor, which is characteristic of the toner concentration, since only the carrier particles can be magnetized.
Allerdings kann ein derartiger Sensor aus Platzgründen nicht in dem Abschnitt der Entwicklerstation angeordnet werden, aus dem der Toner zur Entwicklung des Ladungsbildes tatsächlich entnommen wird, wie unten an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert wird. Statt dessen muss der Sensor im sogenannten Behälter der Entwicklerstation untergebracht werden. Dies ist insofern problematisch, als sich im Druck- bzw. Kopierbetrieb ein Tonerkonzentrationsgefälle innerhalb der Entwicklerstation einstellt, so dass die im Behälter gemesse- ne Tonerkonzentration von der für den Druckprozess relevanten Tonerkonzentration im Tonerentnahmebereich abweicht und somit der Regelung ein verfälschter Istwert zugrundegelegt wird. Ein weiteres Problem besteht darin, dass der Sensormesswert von der aktuellen Toneraufladung beeinflusst wird, die sich u. a. in Abhängigkeit vom Tonerdurchsatz ändert. Auch dadurch kann also der zugrundegelegte Istwert verfälscht werden. Diese Probleme werden in herkömmlichen Verfahren umgangen, indem anstelle einer direkten Messung der Tonerkonzentration eine Tonermarke auf dem Zwischenträger erzeugt und dann mit einem Reflexlichtsensor oder dergleichen abgetastet wird. Dadurch lässt sich eine Druckdichte bestimmen, die wiederum kennzeichnend für die Tonerkonzentration ist.However, for reasons of space, such a sensor cannot be arranged in the section of the developer station from which the toner for developing the charge image is actually removed, as will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. Instead, the sensor must be placed in the so-called container of the developer station. This is problematic insofar as a toner concentration gradient arises within the developer station in the printing or copying operation, so that the toner concentration measured in the container deviates from the toner concentration relevant for the printing process in the toner removal area and the control is therefore based on a falsified actual value. Another problem is that the sensor measurement value is influenced by the current toner charge, which changes depending on the toner throughput, among other things. This can also falsify the underlying actual value. These problems are avoided in conventional methods by generating a toner mark on the intermediate carrier instead of directly measuring the toner concentration and then scanning it with a reflected light sensor or the like. This enables a print density to be determined, which in turn is characteristic of the toner concentration.
Dieses Verfahren ist beispielsweise in der DE 101 36 259 beschrieben. Darin wird eine Tonermarke auf einem Fotoleiter erzeugt, wobei dieser mit einer Intensität belichtet wird, bei der die Druckdichte besonders stark mit der Tonerkonzentration variiert. Dadurch lässt sich die Tonerkonzentration im Prinzip sehr genau bestimmen, zumal dabei tatsächlich die Konzentration des Toners in einem Abschnitt der Entwickler- Station erfasst wird, aus dem der Toner entnommen wurde.This method is described for example in DE 101 36 259. A toner mark is generated therein on a photoconductor, the latter being exposed to an intensity at which the print density varies particularly strongly with the toner concentration. In principle, this enables the toner concentration to be determined very precisely, especially since the concentration of the toner is actually recorded in a section of the developer station from which the toner was removed.
Die Tonerkonzentrationsmessung mit Hilfe einer Tonermarke ist jedoch insofern indirekt, als die Druckdichte der Tonermarke außer von der Tonerkonzentration noch von einer Reihe weite- rer Größen abhängig ist. Zu diesen Größen gehören beispielsweise die Beleuchtungsintensität eines Zeichengenerators, der Grad der elektrostatischen Aufladung des Toners, die Intensität der Aufladung des Zwischenträgers und die Größe der Spannung zwischen Entwicklerwalze und Zwischenträger. Die Toner- konzentration kann nur dann zuverlässig aus der Tonermarke ermittelt werden, wenn alle diese Größen einen bekannten, konstanten Wert annehmen.However, the toner concentration measurement with the aid of a toner mark is indirect in that the print density of the toner mark depends not only on the toner concentration but also on a number of other variables. These variables include, for example, the illumination intensity of a character generator, the degree of electrostatic charging of the toner, the intensity of the charging of the intermediate carrier and the magnitude of the voltage between the developer roller and the intermediate carrier. The toner concentration can only be reliably determined from the toner mark if all of these variables assume a known, constant value.
Wenn sich jedoch eine oder mehrere dieser Größen beispiels- weise infolge eines Defektes im Gerät unbemerkt ändern, wird dem Regler der Konzentrationsregelung ein falscher Istwert zugeführt. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass der Entwicklerstation kontinuierlich Toner zugeführt wird, bis diese verstopft, oder dass über einen längeren Zeitraum gar kein Toner zugeführt wird und die Tonerkonzentration kontinuierlich sinkt, wodurch es beispielsweise zu einem Ladungsüberschlag zwischen Zwischenträger und Entwicklerwalze kommen kann, weil der elektrische Widerstand des Gemisches mit -Abnahme des (elektrisch nichtleitenden) Toners abnimmt. In beiden Fällen kann es zu einer schweren Beschädigung der Entwicklerstation kommen. Aus Gründen der Betriebssicherheit und Kontrollierbarkeit des Systems ist also einer direkten Konzentrationsmessung der Vorzug zu geben.However, if one or more of these variables change unnoticed, for example as a result of a defect in the device, the controller of the concentration control is supplied with an incorrect actual value. This can lead, for example, to the fact that toner is continuously supplied to the developer station until it clogs, or that no toner is supplied at all over a longer period of time and the toner concentration drops continuously, which, for example, results in a charge rollover between the intermediate carrier and developer roller can, because the electrical resistance of the mixture decreases as the (electrically non-conductive) toner decreases. In both cases, the developer station can be severely damaged. For reasons of operational safety and controllability of the system, preference is therefore given to a direct concentration measurement.
Ein weiteres Problem bei herkömmlichen Verfahren zur Regelung der Tonerkonzentration besteht darin, dass die Angleichung der Tonerkonzentration an den Sollwert relativ langsam geschieht, weil die Regelverstärkung relativ gering gehalten werden muss. Eine zu hohe Regelverstärkung führt nämlich zu einem instabilen Regelverhalten, einer Erhöhung der Störempfindlichkeit und schlechterem Führungsverhalten.Another problem with conventional methods for regulating the toner concentration is that the toner concentration is adjusted relatively slowly to the setpoint because the control gain has to be kept relatively low. Too high a control gain leads to unstable control behavior, an increase in susceptibility to interference and poorer management behavior.
Die DE 199 00 164 AI zeigt ein Verfahren und eine Einrichtung zur Regelung der Tonerkonzentration in einem elektrografi- schen Prozess. Darin sind zwei Betriebszustände vorgesehen. In einem Betriebszustand wird eine Tonermarke auf dem Zwi- schenträger erzeugt, die Dichte der Tonermarke abgetastet und die Tonermarke wieder vom Zwischenträger entfernt. Der abgetastete Tonerdichtewert wird zur Regelung der Tonerkonzentration in der Entwicklerstation verwendet und findet beispielsweise Einfluss in einem Tonerkonzentrations-Sollwert oder in einem Regelungsschwellenwert. Im anderen Betriebszustand werden zu druckende Informationen auf dem Zwischenträger als Tonerbild erzeugt und auf einen Aufzeichnungsträger umgedruckt. In diesem anderen Betriebszustand wird die Tonerkonzentration in der Entwicklerstation mit einem Tonerkonzentra- tionssensor erfasst und durch entsprechende Nachförderung versucht, eine konstante Tonerkonzentration in der Entwicklerstation aufrechtzuhalten. Alternativ zur Regelung der Tonerkonzentration mit Hilfe des Tonerkonzentrationssensors wird vorgeschlagen, die Tonerzufuhrmenge durch Abschätzung des Tonerverbrauchswertes zu steuern. Die DE 196 31 261 AI zeigt eine Vorrichtung zur Verwendung- in einem elektrofotografischen Gerät, mit einer ersten Regelungsvorrichtung, die anhand der Schwärzung von Testmarken einen Sollwert für die Tonerkonzentration in einer Entwick- lerstation ermittelt, und einer der ersten Regelvorrichtung nachgeordneten zweiten Regelvorrichtung, die die Tonerkonzentration in der Entwicklerstation auf diesen Sollwert regelt. Die zweite Regelvorrichtung hat einen Sensor zum Ermitteln der Tonerkonzentration in der Entwicklerstation und erzeugt in Abhängigkeit von der gemessenen Tonerkonzentration ein Tonernachfüllsignal, das wahlweise durch ein Signal modifiziert werden kann, das einem Tonerverbrauchswert entspricht.DE 199 00 164 AI shows a method and a device for regulating the toner concentration in an electrographic process. Two operating states are provided there. In an operating state, a toner mark is generated on the intermediate carrier, the density of the toner mark is scanned and the toner mark is removed from the intermediate carrier again. The sampled toner density value is used to regulate the toner concentration in the developer station and finds its influence, for example, in a nominal toner concentration value or in a regulating threshold value. In the other operating state, information to be printed is generated on the intermediate carrier as a toner image and is reprinted on a recording medium. In this other operating state, the toner concentration in the developer station is recorded with a toner concentration sensor and attempts are made to maintain a constant toner concentration in the developer station by appropriate subsequent conveying. As an alternative to regulating the toner concentration with the aid of the toner concentration sensor, it is proposed to control the amount of toner supplied by estimating the toner consumption value. DE 196 31 261 AI shows a device for use in an electrophotographic device, with a first control device that uses the blackening of test marks to determine a target value for the toner concentration in a developer station, and a second control device that is arranged downstream of the first control device regulates the toner concentration in the developer station to this setpoint. The second control device has a sensor for determining the toner concentration in the developer station and, depending on the measured toner concentration, generates a toner replenishment signal which can optionally be modified by a signal which corresponds to a toner consumption value.
In keiner dieser Schriften wird das Problem behandelt, dass die am Einbauort des Sensors gemessene Tonerkonzentration von der Tonerkonzentration am Ort der Tonerentnahme abweichen könnte.None of these documents addresses the problem that the toner concentration measured at the installation location of the sensor could deviate from the toner concentration at the location where the toner was removed.
Weiterer verwandter Stand der Technik ist den Dokumenten DE 41 37 708 C2, US 5,353,102 und JP 03045973 A zu entnehmen.Further related prior art can be found in documents DE 41 37 708 C2, US 5,353,102 and JP 03045973 A.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die ein Entwickeln eines latenten Bildes mit Toner mit hoher Druckqualität ermöglicht.The invention has for its object to provide a method and an apparatus which enables the development of a latent image with toner with high print quality.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei diesem Verfahren wird die Tonerkonzentration im Gemisch mit einem in der Ent- wicklerstation angeordneten Sensor gemessen und die Tonerzufuhr mit einem Stellglied eingestellt, wobei ein aktueller Verbrauchswert für Tonerteilchen ermittelt wird und eine Regeleinheit zur Regelung der Tonerkonzentration das Stellglied abhängig vom Signal des Sensors und vom ermittelten Verbrauchswert ansteuert. Dabei wird aus der am Einbauort des Sensors gemessenen Tonerkonzentration und dem Tonerverbrauchswert die Tonerkonzentration in einem Abschnitt der Entwicklerstation berechnet, aus dem der Toner zur Entwicklung des latenten Bildes entnommen wird.This object is achieved according to the invention by a method with the features of claim 1. In this method, the toner concentration is measured in a mixture with a sensor arranged in the developer station and the toner supply is adjusted with an actuator, a current consumption value for toner particles being determined and a control unit for regulating the toner concentration depending on the signal from the sensor and the actuator controls determined consumption value. The toner concentration in a section of the measured at the installation location of the sensor and the toner consumption value Developer station calculated from which the toner for developing the latent image is removed.
Der Begriff "Ermitteln" des Verbrauchswertes ist in einem weiten Sinne zu verstehen, gemeint ist sowohl eine mehr oder weniger genaue Messung als auch eine bloße Abschätzung. Beispiele für geeignete Abschätzungen des Verbrauchswertes werden unten gegeben.The term "determining" the consumption value is to be understood in a broad sense, meaning both a more or less precise measurement and a mere estimate. Examples of suitable estimates of the consumption value are given below.
Unter Verwendung des ermittelten aktuellen Verbrauchswertes können die Fehler bei der direkten Messung bis zu einem gewissen Grade korrigiert werden, da sowohl das räumliche Konzentrationsgefälle in der Entwicklerstation als auch die elektrostatische Aufladung des Toners mit dem aktuellen To- nerverbrauch zusammenhängen. Insbesondere kann die berechnete Tonerkonzentration am Tonerentnahmeort als Regelgröße in die Regeleinheit eingegeben werden und das Stellglied von der Regeleinheit derart angesteuert werden, dass die berechnete Tonerkonzentration am Tonerentnahmeort einem Sollwert angenä- hert wird.Using the determined current consumption value, the errors in the direct measurement can be corrected to a certain extent, since both the spatial concentration gradient in the developer station and the electrostatic charging of the toner are related to the current toner consumption. In particular, the calculated toner concentration at the toner removal location can be entered as a controlled variable in the control unit and the actuator can be controlled by the control unit in such a way that the calculated toner concentration at the toner removal location is approximated to a target value.
Ferner kann der aktuelle Tonerverbrauchswert unmittelbar bei der Regelung der Tonerkonzentration berücksichtigt werden und nicht erst dann, wenn er sich in einer Regelabweichung mani- festiert. Dadurch wird das dynamische Verhalten der Regelung verbessert .Furthermore, the current toner consumption value can be taken into account directly when regulating the toner concentration and not only when it manifests itself in a control deviation. This improves the dynamic behavior of the control.
Vorzugsweise wird bei dem Verfahren das Stellglied durch die Kombination einer ersten und einer zweiten Stellgröße gesteu- ert, wobei sich die erste Stellgröße nach dem Tonerverbrauchswert und die zweite Stellgröße nach der gemessenen Tonerkonzentration bemisst. Dabei ist die erste Stellgröße vorzugsweise so bemessen, dass sie eine Tonerzufuhr bewirkt, die dem aktuellen Tonerverbrauchswert entspricht. Der aktuel- le Verbrauchswert stellt also in diesem Fall quasi eine Störgröße dar, der die erste Stellgröße unmittelbar und rückkopplungsfrei entgegenwirkt. Die zweite Stellgröße ist Vorzugs- weise so bemessen, dass sie die Tonerkonzentration auf einen Sollwert regelt.In the method, the actuator is preferably controlled by the combination of a first and a second manipulated variable, the first manipulated variable being measured according to the toner consumption value and the second manipulated variable based on the measured toner concentration. The first manipulated variable is preferably dimensioned such that it causes a toner supply that corresponds to the current toner consumption value. In this case, the current consumption value represents a disturbance variable that counteracts the first manipulated variable directly and without feedback. The second manipulated variable is preferred dimensioned so that it regulates the toner concentration to a target value.
Im einfachsten Fall ist die genannte "Kombination" der beiden Stellgrößen schlicht eine Addition der beiden. Beispielsweise kann die erste Stellgröße das Ausgangssignal einer Steuerkette sein, das zum Signal der zweiten Stellgröße addiert wird, die wiederum durch das Ausgangssignal eines Regelkreises gebildet wird. Es ist aber beispielsweise genau so gut denk- bar, dass der Verbrauchswert in eine Hilfsgröße umgerechnet wird, die in den Regler eingespeist wird und so bemessen ist, dass sie eine Stellgröße bewirkt, der eine Tonerzufuhr gemäß dem Verbrauchswert entspricht. Wenn nun gleichzeitig eine Regelabweichung und diese Hilfsgröße in den Regler einge- speist werden, gibt der Regler eine Stellgröße aus, die hier als "Kombination" zweier Stellgrößen bezeichnet wird, nämlich einer ersten Stellgröße, die sich ergäbe, wenn nur die Hilfsgröße in den Regler eingespeist würde, und einer zweiten Stellgröße, die sich ergäbe, wenn nur die Regelabweichung in den Regler eingespeist würde. Diese Kombination der ersten und zweiten Stellgröße ist je nach Typ des Reglers nicht notwendigerweise eine Summe, jedoch eine Funktion der beiden. In dieser Allgemeinheit soll in der vorliegenden Erfindung der Begriff der "Kombination" der beiden Stellgrößen verstan- den werden.In the simplest case, the "combination" of the two manipulated variables is simply an addition of the two. For example, the first manipulated variable can be the output signal of a control chain, which is added to the signal of the second manipulated variable, which in turn is formed by the output signal of a control loop. However, it is just as well conceivable, for example, that the consumption value is converted into an auxiliary variable which is fed into the controller and is dimensioned such that it produces a manipulated variable which corresponds to a toner supply in accordance with the consumption value. If a control deviation and this auxiliary variable are now fed into the controller at the same time, the controller outputs a manipulated variable which is referred to here as a "combination" of two manipulated variables, namely a first manipulated variable which would result if only the auxiliary variable were fed into the controller would be fed, and a second manipulated variable, which would result if only the control deviation were fed into the controller. Depending on the type of controller, this combination of the first and second manipulated variable is not necessarily a sum, but a function of the two. In this generality, the term “combination” of the two manipulated variables is to be understood in the present invention.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die am Stellglied eingestellte Tonerzufuhr als Tonerverbrauchswert angenommen. Diese Wahl des Schätzwertes ergibt sich aus folgender Überlegung: Wenn das Verfahren wie gewünscht arbeitet, entspricht die aktuelle Tonerkonzentration ihrem Sollwert und die aktuelle Tonerzufuhr dem aktuellen Tonerverbrauch. In diesem Fall ist also die aktuelle Tonerzufuhr ein sehr guter Schätzwert für den aktuellen Tonerverbrauch. Insofern ist die Wahl des Schätzwertes selbstkonsistent: je besser das Verfahren arbeitet, desto besser ist der Schätzwert des Tonerverbrauchs, aufgrund dessen dann das Verfahren wiederum besser arbeitet. Es hat sich gezeigt, dass trotz der impliziten Rückkopplung durch geeignete Wahl von Regelparametern ein stabiles Regelverhalten erhalten werden kann. Der Vorteil dieser speziellen Ausführung des Verfahrens besteht darin, dass die aktuelle Tonerzufuhr eine Größe ist, die einfach zu erfassen ist , so dass dieses Verfahren ohne große bauliche Eingriffe bei herkömmlichen Geräten angewendet werden kann .In an advantageous embodiment of the method, the toner supply set on the actuator is assumed to be the toner consumption value. This choice of the estimated value results from the following consideration: If the method works as desired, the current toner concentration corresponds to its target value and the current toner supply corresponds to the current toner consumption. In this case, the current toner supply is a very good estimate of the current toner consumption. In this respect, the choice of the estimated value is self-consistent: the better the method works, the better the estimated value of the toner consumption, on the basis of which the method then works again works better. It has been shown that despite the implicit feedback, a stable control behavior can be obtained through a suitable choice of control parameters. The advantage of this special embodiment of the method is that the current toner supply is a quantity that is easy to grasp, so that this method can be used in conventional devices without major structural interventions.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Tonerverbrauchswert aus Druckdaten abgeschätzt. Vorzugsweise wird der Tonerverbrauchswert aus der mit ihrer Einfärbungsstufe gewichteten Anzahl zu druckender Pixel abgeschätzt. Eine derartige Ab- Schätzung des Tonerverbrauchswertes ist bereits aus der US 5,202,769 bekannt, wird darin aber lediglich zur reinen Steuerung der Tonerzufuhr, nicht aber im Rahmen einer Regelung verwendet. Eine bloße Steuerung ist aber ungeeignet, die Tonerkonzentration über einen langen Zeitraum stabil und sicher einzustellen, weil sich kleine systematische Abweichungen zwischen tatsächlichem und abgeschätztem Tonerverbrauch mit der Zeit aufsummieren . Bei Störungen im Druckoder Kopierprozess kann die Abweichung von tatsächlichem und abgeschätztem Tonerverbrauch sehr groß werden, so dass sich rasch eine viel zu hohe oder viel zu geringe Tonerkonzentration in der Entwicklerstation einstellt, die wie oben erwähnt zu ihrer Beschädigung führen kann.In a particularly advantageous development of the method according to the invention, the toner consumption value is estimated from print data. The toner consumption value is preferably estimated from the number of pixels to be printed, weighted with its inking level. Such an estimate of the toner consumption value is already known from US Pat. No. 5,202,769, but is only used therein for the pure control of the toner supply, but not in the context of a regulation. However, mere control is unsuitable to set the toner concentration stable and safe over a long period of time, because small systematic deviations between actual and estimated toner consumption add up over time. In the event of malfunctions in the printing or copying process, the deviation from the actual and estimated toner consumption can become very large, so that a toner concentration in the developer station that is much too high or too low quickly arises, which, as mentioned above, can damage it.
Die Abschätzung des Tonerverbrauchswertes aus den Druckdaten lässt sich in der Praxis so genau durchführen, dass die sich am Tonerverbrauchswert bemessende erste Stellgröße bereits eine Tonerkonzentration in der Entwicklerstation bewirkt, die für kurze und mittlere Zeiten nahe am Sollwert ist. Die zweite Stellgröße bewirkt dann nur eine relativ geringe Korrektur der durch die erste Stellgröße vorgesteuerten Tonerzufuhr. Insgesamt ergibt sich dabei eine stark verbesserte Regeldyna- mik, weil der vorgesteuerte Anteil der Tonerzufuhr, also die erste Stellgröße, unverzüglich auf den ermittelten Toner- verbrauchswert reagiert und die zweite Stellgröße weit geringere Regelabweichungen auszugleichen hat, als in einem herkömmlichen Verfahren.In practice, the toner consumption value can be estimated from the print data so precisely that the first manipulated variable, which is based on the toner consumption value, already causes a toner concentration in the developer station that is close to the target value for short and medium times. The second manipulated variable then causes only a relatively slight correction of the toner supply which is controlled by the first manipulated variable. Overall, the control dynamics are greatly improved because the pre-controlled portion of the toner supply, that is to say the first manipulated variable, reacts immediately to the determined toner consumption value and the second manipulated variable has to compensate for far fewer control deviations than in a conventional method.
Da die Druckdaten bei einem Drucker oder Kopierer in einer Steuerungseinheit verarbeitet werden, muss diese zur Implementierung des letztgenannten Verfahrens bei herkömmlichen Geräten modifiziert werden. Wenn dies beispielsweise aus Kostengründen oder zur Bewahrung der Kontinuität einer Produktpalette vermieden werden soll, kann der Tonerverbrauchswert in einer alternativen Weiterbildung des Verfahrens aus der mit ihrer Einfärbungsstufe gewichteten Anzahl der Pixel abgeschätzt werden, die im das latente Druckbild erzeugenden Zeichengenerator gesetzt werden. Vorzugsweise werden dabei die Pixel mit Hilfe einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung gezählt, die mit dem Zeichengenerator verbunden ist. Diese Lösung erfordert also nur eine relativ geringe Ergänzung, nicht aber eine wesentliche Modifikation eines herkömmlichen Drucker- oder Kopierersystems.Since the print data in a printer or copier are processed in a control unit, this must be modified in order to implement the latter method in conventional devices. If this is to be avoided, for example for reasons of cost or to maintain the continuity of a product range, the toner consumption value can be estimated in an alternative development of the method from the number of pixels, weighted with its coloring level, which are set in the character generator producing the latent printed image. In this case, the pixels are preferably counted with the aid of an application-specific integrated circuit which is connected to the character generator. This solution therefore requires only a relatively small addition, but not a substantial modification of a conventional printer or copier system.
In einer weiteren alternativen Weiterbildung wird der Tonerverbrauchswert an Hand des Stromverbrauchs des das latente Ladungsbild erzeugenden Zeichengenerators abgeschätzt. Dies ist möglich, weil der Tonerverbrauch und der Stromverbrauch im Zeichengenerator unmittelbar zusammenhängen. Denn zur Erzeugung eines jeden Bildpunktes des Ladungsbildes ist eine gewisse Lichtenergie nötig, die sich wiederum im Stromverbrauch des Zeichengenerators niederschlägt. In der Praxis lässt sich über den Stromverbrauch ein für die Zwecke des erfindungsgemäßen Verfahrens hinreichend guter Tonerverbrauchswert abschätzen. Der Vorteil dieses weitergebildeten Verfahrens besteht darin, dass es sich mit minimalen baulichen Ergänzungen in vorhandenen Drucker- und Kopierer- Systemen implementieren lässt. Im Rahmen des beschriebenen Verfahrens kann der Toner- verbrauchswert aus praktischen Gründen "vorausschauend" ermittelt werden. Dies ist beispielsweise in der oben genannten Weiterbildung der Fall, bei der der Verbrauchswert aus Druck- daten abgeschätzt wird, die üblicherweise bereits eine gewisse Zeit vor dem Entwickeln des Ladungsbildes vorliegen. In einem solchen Fall wird der ermittelte Tonerverbrauchswert vorzugsweise bis zur Einfärbung des entsprechenden Druckbildes in einem Datenpuffer, beispielsweise einem Verzögerungs- puffer gespeichert. Dann kann die Regeleinheit zur Regelung der Tonerkonzentration das Stellglied abhängig vom ermittelten Verbrauchswert zu genau dem Zeitpunkt ansteuern, an dem der ermittelte Verbrauch tatsächlich stattfindet, wodurch sich die Regeldynamik verbessert.In a further alternative development, the toner consumption value is estimated on the basis of the current consumption of the character generator generating the latent charge image. This is possible because the toner consumption and the power consumption in the character generator are directly related. A certain amount of light energy is required to generate each pixel of the charge image, which in turn is reflected in the power consumption of the character generator. In practice, a toner consumption value that is sufficiently good for the purposes of the method according to the invention can be estimated from the power consumption. The advantage of this further developed method is that it can be implemented in existing printer and copier systems with minimal structural additions. In the context of the described method, the toner consumption value can be determined “in advance” for practical reasons. This is the case, for example, in the above-mentioned development, in which the consumption value is estimated from pressure data which are usually already present a certain time before the charge image is developed. In such a case, the determined toner consumption value is preferably stored in a data buffer, for example a delay buffer, until the corresponding printed image is colored. Then the control unit for controlling the toner concentration can control the actuator depending on the determined consumption value at exactly the point in time at which the determined consumption actually takes place, which improves the control dynamics.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die relative Gewichtung der ersten und zweiten Stellgröße im Verlauf des Druck- oder Kopierprozesses variiert. Vorzugsweise wird dabei die zweite Stellgröße in der Startphase eines Druck- oder Kopierprozesses unterdrückt und ihre Gewichtung erhöht, wenn sich der Zustand des Gemisches in der Entwicklerstation stabilisiert hat. Denn in der Startphase lässt sich die Tonerkonzentration in der Entwicklerstation nur ungenau bestimmen, da sich der Gemischlauf noch nicht stabilisiert hat. Aufgrund der ungenauen Konzentrationsmessung in der Startphase bietet es sich also an, sich zunächst auf die erste Stellgröße zu verlassen.In an advantageous development, the relative weighting of the first and second manipulated variable is varied in the course of the printing or copying process. The second manipulated variable is preferably suppressed in the starting phase of a printing or copying process and its weighting is increased when the state of the mixture in the developer station has stabilized. Because in the start-up phase, the toner concentration in the developer station can only be determined inaccurately, since the mixture run has not yet stabilized. Due to the imprecise concentration measurement in the start phase, it is advisable to rely on the first manipulated variable first.
Vorzugsweise umfasst die Reglereinheit einen PID-Regler. In einer vorteilhaften Weiterbildung werden die verwendeten Regelparameter im Verlauf des Druck- oder Kopierprozesses variiert .The controller unit preferably comprises a PID controller. In an advantageous development, the control parameters used are varied in the course of the printing or copying process.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird im folgenden auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele Bezug genommen, die anhand spezifischer Terminologie beschrieben sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass der Schutzumfang der Erfindung dadurch nicht einge-- schränkt werden soll, da derartige Abwandlungen und weitere Modifizierungen an den gezeigten Vorrichtungen und Verfahren sowie derartige weitere . Anwendungen der Erfindung, wie sie darin aufgezeigt sind, als übliches derzeitiges oder künftiges Fachwissen eines zuständigen Fachmannes angesehen werden. Die Figuren zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, nämlichFor a better understanding of the present invention, reference is made below to the exemplary embodiments illustrated in the drawings, which are described using specific terminology. However, it should be noted that the scope of protection of the invention is not to be restricted thereby, since such modifications and further modifications to the devices and methods shown and such further . Applications of the invention as set forth therein are considered to be the present or future expertise of a person skilled in the art. The figures show exemplary embodiments of the invention, namely
Figur 1 eine schematische Zeichnung von Komponenten eines elektrofotografischen Druckers,FIG. 1 shows a schematic drawing of components of an electrophotographic printer,
Figur 2 eine schematische Darstellung einer Entwicklerstation mit Tonerzufuhr und Regeleinheit,FIG. 2 shows a schematic illustration of a developer station with toner supply and control unit,
Figur 3 ein Blockdiagramm, in dem ein herkömmliches Regelverfahren dargestellt ist,FIG. 3 shows a block diagram in which a conventional control method is shown,
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Entwicklersta- tion, in der die Ortsabhängigkeit der Tonerkonzentration modellhaft dargestellt ist,FIG. 4 shows a schematic representation of a developer station, in which the location dependence of the toner concentration is shown as a model,
Figur 5 ein schematisches Diagramm der Tonerkonzentrationsverteilung in einer Entwicklerstation bei einem herkömmlichen Regelverfahren,FIG. 5 shows a schematic diagram of the toner concentration distribution in a developer station in a conventional control method,
Figur 6 ein schematisches Diagramm der Tonerkonzentrationsverteilung in einer Entwicklerstation beim erfindungsgemäßen Regelverfahren,FIG. 6 shows a schematic diagram of the toner concentration distribution in a developer station in the control method according to the invention,
Figuren 7 bis 9Figures 7 to 9
Blockdiagramme dreier Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens,Block diagrams of three embodiments of the method according to the invention,
Figur 10 den schematischen Aufbau einer Regeleinheit, Figur 11 den schematischen Aufbau einer weiteren Regeleinheit,FIG. 10 shows the schematic structure of a control unit, FIG. 11 shows the schematic structure of a further control unit,
Figur 12 vier schematische Diagramme a-d, in denen der er- mittelte Tonerverbrauchswert (a) , der tatsächlicheFIG. 12 four schematic diagrams a-d, in which the determined toner consumption value (a), the actual one
Tonerverbrauch (b) , der Stellwert für die Tonerzufuhr (c) und die Tonerkonzentration (d) gegen die Zeit aufgetreten sind, undToner consumption (b), the control value for the toner supply (c) and the toner concentration (d) have occurred over time, and
Figuren 13 bis 15Figures 13 to 15
Blockdiagramme, in denen Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt sind.Block diagrams in which further developments of the method according to the invention are shown schematically.
Im folgenden werden die Grundzüge des elektrofotografischen Drückens oder Kopierens unter Bezugnahme auf Figur 1 kurz erläutert. In Figur 1 ist eine Fotoleitertrommel 10 im Querschnitt dargestellt, deren Umfangsflache mit einem Fotohalbleiter, beispielsweise Arsentriselenid (As2Se3) beschichtet ist. Solch ein Fotohalbleiter hat einen hohen Dunkelwiderstand, der jedoch bei ausreichender Belichtung absinkt. Die Fotoleitertrommel 10 dreht sich in der mit dem Pfeil 12 angedeuteten Richtung. Dabei wird ihre Fotohalbleiterschicht zunächst mit Hilfe eines sogenannten Aufladekorotrons 14 elektrostatisch aufgeladen. Durch Drehung der Fotoleitertrommel 12 gelangt der aufgeladene Abschnitt zu einem Zeichengenerator 16 mit einer Lichtquelle 18 (in Figur 1 ein LED-Kamm) und einer Steuerungseinheit 20. Die Steuerungseinheit 20 gibt vor, an welchen Punkten die Fotoleitertrommel 10 belichtet werden soll. An den belichteten Stellen sinkt der elektrische Widerstand der Fotohalbleiterschicht und die Ladung fließt ab. So werden Bildpunkte eines latenten Ladungsbildes auf der Fotoleitertrommel erzeugt. Diese Bildpunkte, Pixel genannt, werden also im Zeichengenerator "gesetzt".The basic features of electrophotographic printing or copying are briefly explained below with reference to FIG. 1. In Figure 1, a photoconductor drum 10 is shown in cross section, the peripheral surface of which is coated with a photo semiconductor, for example arsenic triselenide (As 2 Se 3 ). Such a photo semiconductor has a high dark resistance, which, however, drops with sufficient exposure. The photoconductor drum 10 rotates in the direction indicated by the arrow 12. Her photo semiconductor layer is first electrostatically charged with the help of a so-called charging corotron 14. By rotating the photoconductor drum 12, the charged section arrives at a character generator 16 with a light source 18 (an LED comb in FIG. 1) and a control unit 20. The control unit 20 specifies at which points the photoconductor drum 10 is to be exposed. At the exposed areas, the electrical resistance of the photo semiconductor layer drops and the charge flows off. In this way, pixels of a latent charge image are generated on the photoconductor drum. These pixels, called pixels, are therefore "set" in the character generator.
Bei einer weiteren Drehung der Fotoleitertrommel 10 gelangt das latente Ladungsbild zu einer Entwicklereinheit 22. Die Entwicklereinheit 22 umfasst einen Behälter 24, in dem sich ein Gemisch 26 aus Tonerteilchen und Trägerteilchen befindet. Die Trägerteilchen bestehen bei der gezeigten Entwicklerstation aus einem- magnetischen Material wie Eisen oder Stahl und Ferrit. Deshalb können die Trägerteilchen von einer magnetischen Entwicklerwalze 28 angezogen werden und zusammen mit den an ihnen haftenden Tonerteilchen durch Rotation der Entwicklerwalze 28 zur Fotoleitertrommel 10 befördert werden. Dabei richten sich die Trägerteilchen entlang der von der Entwicklerwalze 28 erzeugten magnetischen Feldlinien derart aus, dass sie an der Oberfläche der Entwicklerwalze 28 eine bürstenartige Anordnung bilden, die als "Magnetbürste" 56 bezeichnet wird (vgl. Figur 4).Upon further rotation of the photoconductor drum 10, the latent charge image reaches a developer unit 22 Developer unit 22 comprises a container 24 in which there is a mixture 26 of toner particles and carrier particles. In the developer station shown, the carrier particles consist of a magnetic material such as iron or steel and ferrite. Therefore, the carrier particles can be attracted to a magnetic developer roller 28 and conveyed to the photoconductor drum 10 together with the toner particles adhered to them by rotating the developer roller 28. The carrier particles align themselves along the magnetic field lines generated by the developer roller 28 in such a way that they form a brush-like arrangement on the surface of the developer roller 28, which is referred to as a "magnetic brush" 56 (cf. FIG. 4).
Die Tonerteilchen werden in der Entwickler*Station 22 triboe- lektrisch aufgeladen und mit Hilfe eines geeigneten elektrischen Feldes von der Magnetbürste 56 auf die belichteten (sogenanntes „Dunkelschreiben") oder unbelichteten Stellen des Fotohalbleiters (sogenanntes „Hellschreiben") übertragen. So wird das auf der Fotoleitertrommel 10 befindliche Ladungsbild mit Toner eingefärbt, d.h. entwickelt.The toner particles are charged in the developer * station 22 triboe- lectric and transmitted with the aid of a suitable electric field of the magnetic brush 56 on the exposed (so-called "dark letter") unexposed areas of the photo-semiconductor (so-called "Light-writing") or. Thus, the charge image located on the photoconductor drum 10 is colored with toner, ie developed.
Das Tonerbild wird dann in einer Umdruckstation 30 auf einen Druckträger, beispielsweise einen Bogen Papier 32 übertragen. Daher wird die Fotoleitertrommel 10 allgemein als Zwischenträger bezeichnet.The toner image is then transferred to a printing medium, for example a sheet of paper 32, in a transfer printing station 30. Therefore, the photoconductor drum 10 is generally referred to as an intermediate carrier.
Beim Umdruck auf der Fotoleitertrommel 10 verbleibender Toner wird schließlich mit Hilfe einer Reinigungsvorrichtung 34 entfernt.Any toner remaining on the photoconductor drum 10 during transfer printing is finally removed with the aid of a cleaning device 34.
In Figur 2 ist die Entwicklerstation 22 vergrößert dargestellt. Da bei der Entwicklung des latenten Ladungsbildes nur Toner, aber keine Trägerteilchen auf die Fotohalbleiter- schicht übertragen werden, würde die Tonerkonzentration im Behälter 24 der Entwicklerstation 22 mit der Zeit abnehmen, wenn nicht laufend Toner in die Entwicklerstation 22 zuge- führt würde. Daher ist die Entwicklerstation 22 mit einem Tonerreservoir 36 verbunden, und die Tonerzufuhr aus dem Reservoir 36 in die Entwicklerstation 22 geschieht mit Hilfe eines Motors 38, der eine Fördereinrichtung antreibt.The developer station 22 is shown enlarged in FIG. Since only toner, but no carrier particles, are transferred to the photo semiconductor layer during the development of the latent charge image, the toner concentration in the container 24 of the developer station 22 would decrease over time if toner was not continuously added to the developer station 22. would lead. The developer station 22 is therefore connected to a toner reservoir 36, and the toner supply from the reservoir 36 into the developer station 22 takes place with the aid of a motor 38 which drives a conveying device.
Die Förderleistung des Motors 38 wird durch eine Motorsteuerung 40 vorgegeben. Ein übliches Verfahren, die Tonerkonzentration in der Entwicklerstation 22 einzustellen, basiert auf einem einfachen Regelkreis. Dabei wird die aktuelle Tonerkon- zentration in der Entwicklerstation 22 mit Hilfe eines Sensors 42 gemessen. Die gemessene Tonerkonzentration ist die Regelgröße 44, die das Eingangssignal in einen Regler 46 darstellt. Im Regler 46 wird durch Subtraktion der Regelgröße 44 von einer Führungsgröße die Regelabweichung berechnet. Die Regelgröße wird Istwert, die Führungsgröße Sollwert genannt. Aus der Regelabweichung erzeugt der Regler 46 eine Stellgröße 48, die an ein Stellglied gesendet wird, das im vorliegenden Fall durch den Motor 38 und die Motorsteuerung 40 gebildet wird. Die Stellgröße 48 ist so bemessen, dass sie über Mo- torsteuerung 40 und Motor 38 eine Tonerzufuhr bewirkt, die die Regelabweichung kompensiert. Man beachte, dass hier und im Folgenden Begriffe wie Regelgröße 44 und Stellgröße 40 sowohl für die abstrakten Elemente des Regelkreises, als auch für die Signale verwendet werden, die die entsprechenden Größen übermitteln.The delivery rate of the motor 38 is predetermined by a motor controller 40. A common method of adjusting the toner concentration in developer station 22 is based on a simple control loop. The current toner concentration in the developer station 22 is measured with the aid of a sensor 42. The measured toner concentration is the controlled variable 44, which represents the input signal to a controller 46. The control deviation is calculated in the controller 46 by subtracting the controlled variable 44 from a reference variable. The controlled variable is called the actual value, the reference variable is called the setpoint. From the system deviation, the controller 46 generates a manipulated variable 48 that is sent to an actuator, which in the present case is formed by the motor 38 and the motor controller 40. The manipulated variable 48 is dimensioned such that it causes a toner supply via motor control 40 and motor 38, which compensates for the control deviation. It should be noted that here and in the following terms such as controlled variable 44 and manipulated variable 40 are used both for the abstract elements of the control loop and for the signals which transmit the corresponding variables.
Die wesentlichen Elemente dieses herkömmlichen Regelverfahrens sind in Figur 3 in einem Blockdiagramm zusammengefasst . Über die im Zusammenhang mit Figur 2 hinaus besprochenen Elemente und Signale ist in Figur 3 eine Messwerterfassungs- einrichtung 52 gezeigt, die ausgehend von einem Sensorsignal 50 des Sensors 42 die Regelgröße 44 erzeugt, und ein Motorsignal 54, mit dem die Motorsteuerung 40 den Motor 38 ansteuert. Der Motor kann intermittierend betrieben werden oder in der Drehzahl variiert werden. Dieses in Figur 3 gezeigte herkömmliche Regelverfahren ist jedoch mit mehreren Problemen behaftet. Das erste Problem besteht darin, dass die mit Hilfe des Sensors 42 gemessene Tonerkonzentration nicht notwendigerweise mit der Tonerkon- zentration an dem Ort übereinstimmt, an dem der Toner tatsächlich zur Entwicklung des Fotoleiters 10 entnommen wird. Das Problem ist in Figur 4 schematisch dargestellt, in der die Helligkeit des Toner-Trägerteilchen-Gemisches 26 modellhaft die Tonerkonzentration repräsentiert. Die Tonerkonzent- ration ist in dem mit A bezeichneten Bereich, in dem Toner zugeführt wird, besonders hoch, und in dem mit C bezeichneten Bereich, aus dem Toner zum Entwickeln entnommen wird, besonders niedrig. Dieses Tonerkonzentrationsgefälle tritt auf, obwohl das Gemisch 26 in der Entwicklerstation beispielsweise mit Hilfe eines Paddelrades (nicht gezeigt) durchmischt wird. Der Begriff „Gefälle" soll dabei nicht ausdrücken, daß sich die Tonerkonzentration linear mit dem Ort ändert. In der Tat kann eine allgemeine, nicht lineare Beziehung zwischen Tonerkonzentration und Ort bestehen.The essential elements of this conventional control method are summarized in a block diagram in FIG. In addition to the elements and signals discussed in connection with FIG. 2, FIG. 3 shows a measurement value acquisition device 52 which, on the basis of a sensor signal 50 from the sensor 42, generates the controlled variable 44 and a motor signal 54 with which the motor controller 40 uses the motor 38 controls. The motor can be operated intermittently or the speed can be varied. However, this conventional control method shown in FIG. 3 has several problems. The first problem is that the toner concentration measured with the aid of the sensor 42 does not necessarily correspond to the toner concentration at the location at which the toner is actually removed for developing the photoconductor 10. The problem is shown schematically in FIG. 4, in which the brightness of the toner-carrier particle mixture 26 represents the toner concentration as a model. The toner concentration is particularly high in the area labeled A in which toner is supplied, and in the area labeled C from which toner is removed for development. This toner concentration gradient occurs even though the mixture 26 is mixed in the developer station, for example with the aid of a paddle wheel (not shown). The term "slope" is not intended to mean that the toner concentration changes linearly with location. In fact, there may be a general, non-linear relationship between toner concentration and location.
Die für den Druck- oder Kopierprozess wesentliche Konzentration ist diejenige im Tonerentnahmebereich C. Im Tonerentnahmebereich C kann jedoch kein Sensor eingebaut werden, weil dieser der Entwicklerwalze 28 und dem Aufbau der Magnetbürste 56 im Wege wäre. Statt dessen muss der Sensor an einem Ort B im Behälter 24 der Entwicklereinheit 22 angeordnet werden, an dem die aktuelle Tonerkonzentration meist nicht mit der im Tonerentnahmebereich C übereinstimmt.The concentration that is essential for the printing or copying process is that in the toner removal area C. However, no sensor can be installed in the toner removal area C, because this would get in the way of the developer roller 28 and the structure of the magnetic brush 56. Instead, the sensor must be arranged at a location B in the container 24 of the developer unit 22 at which the current toner concentration usually does not match that in the toner removal area C.
Das Tonerkonzentrationsgefälle ist im Diagramm der Figur 5 schematisch dargestellt. Darin zeigt der Graph 58 die von der Position P abhängige Tonerkonzentration (TK) in der Entwicklerstation 22 bei niedrigem Tonerverbrauch, d.h. geringer Tonerentnahme pro Zeiteinheit. Wie in Figur 5 zu sehen, ist dabei die Tonerkonzentration in der gesamten Entwicklerstation nahezu identisch. Das liegt daran, dass bei geringem Tonerverbrauch genügend Zeit vorhanden ist, dass sich die To- nerkonzentration durch Durchmischen des Toner-Trägerteilchen- Gemisches ausgleicht.The toner concentration gradient is shown schematically in the diagram in FIG. Therein, the graph 58 shows the toner concentration (TK) dependent on the position P in the developer station 22 with low toner consumption, ie low toner extraction per unit of time. As can be seen in FIG. 5, the toner concentration in the entire developer station is almost identical. This is because with low toner consumption there is enough time for the to- balances by mixing the toner carrier particle mixture.
Der • Graph 60 zeigt die räumliche Tonerkonzentrationsvertei- lung bei hohem Tonerverbrauch. Bei hohem Tonerverbrauch stellt sich nämlich, wie in Figur 5 zu sehen, ein beträchtliches Tonerkonzentrationsgefälle innerhalb der Entwicklerstation 22 ein. Wenn die Tonerkonzentration, wie in Figur 5 gezeigt, am Einbauort B des Sensors auf ihren Sollwert (S) geregelt ist, liegt die Tonerkonzentration im Entnahmebereich C deutlich unter dem Sollwert. Dies führt zu schlechtem Druckverhalten und im schlimmsten Fall zur Beschädigung der Entwicklerstation 22. Die Figur 5 ist nur schematisch aufzufassen. Der Einfachheit halber wurde ein linearer Verlauf der Tonerkonzentration in Abhängigkeit von der Position angenommen, aber auch eine kompliziertere Abhängigkeit ist möglich.The • Graph 60 shows the spatial toner concentration distribution with high toner consumption. 5, there is a considerable drop in the toner concentration within the developer station 22. If, as shown in FIG. 5, the toner concentration at the installation location B of the sensor is regulated to its target value (S), the toner concentration in the removal area C is clearly below the target value. This leads to poor printing behavior and, in the worst case, to damage to the developer station 22. FIG. 5 is only to be understood schematically. For the sake of simplicity, a linear course of the toner concentration as a function of the position has been assumed, but a more complicated dependence is also possible.
Da der Gradient der Tonerkonzentration in der Entwicklerstation 22 vom aktuellen Tonerverbrauch abhängt, sieht das er- findungsgemäße Verfahren vor, einen aktuellen Tonerverbrauchswert mehr oder weniger genau zu ermitteln, und aus diesem zusammen mit der am Einbauort B des Sensors gemessenen Tonerkonzentration die Tonerkonzentration im Entnahmebereich C zu berechnen. Dann wird die Tonerkonzentration am Einbauort B des Sensors so eingestellt, dass die (errechnete) Tonerkonzentration im Entnahmebereich C dem Sollwert entspricht.Since the gradient of the toner concentration in the developer station 22 depends on the current toner consumption, the method according to the invention provides for determining a current toner consumption value more or less precisely, and from this together with the toner concentration measured at the installation location B of the sensor, the toner concentration in the removal area C. to calculate. Then the toner concentration at the installation location B of the sensor is set so that the (calculated) toner concentration in the removal area C corresponds to the target value.
Die so bewirkte Tonerkonzentrationsverteilung ist als Graph 62 in Figur 6 gezeigt. Die Differenz zwischen tatsächlich am Ort B eingestellter Tonerkonzentration und dem Sollwert (S) wird Sensorkorrektur 64 genannt. Die Sensorkorrektur 64 ist wie gesagt eine Größe, die aus dem ermittelten Tonerverbrauchswert berechnet wird.The toner concentration distribution thus effected is shown as graph 62 in FIG. 6. The difference between the toner concentration actually set at location B and the target value (S) is called sensor correction 64. As said, the sensor correction 64 is a variable that is calculated from the determined toner consumption value.
Die „Berechnung" der Tonerkonzentration im Entnahmebereich C erfolgt typischerweise durch eine Simulation. Der Simulation wird dabei ein Modell für den Zusammenhang zwischen der To- nerkonzentration am Entnahmeort C, der Tonerkonzentration am Ort B des Sensors 42 und dem Tonerverbrauchswert zu Grunde gelegt. Das Modell und dessen Modellparameter können empirisch durch Anpassung an Versuchsmessungen ermittelt werden.The “calculation” of the toner concentration in the removal area C is typically carried out by means of a simulation. The simulation is thereby a model for the relationship between the to- nerkonzentration at the removal location C, the toner concentration at location B of the sensor 42 and the toner consumption value. The model and its model parameters can be determined empirically by adapting to test measurements.
Die Erfinder haben in Versuchen herausgefunden, dass sich die Tonerkonzentration TK(C) am Entnahmeort C bereits mit einem einfachen, linearen Modell aus der Tonerkonzentration am Einbauort des Sensors TK(B) und dem Tonerverbrauchswert sehr präzise wie folgt simulieren lässt,In experiments, the inventors found that the toner concentration TK (C) at the removal location C can already be simulated very precisely as follows using a simple, linear model of the toner concentration at the installation location of the sensor TK (B) and the toner consumption value,
TK(C) = TK(B) - α • Tonerverbrauchswert.TK (C) = TK (B) - α • Toner consumption value.
Dabei ist eine empirisch bestimmte Proportionalitätskon- stante. Dieses Simulationsmodell kann beispielsweise durch Terme in höherer Ordnung im Tonerverbrauchswert ergänzt werden, deren Koeffizienten durch Anpassen an experimentell bestimmte Daten bestimmt werden können.There is an empirically determined proportionality constant. This simulation model can, for example, be supplemented by higher-order terms in the toner consumption value, the coefficients of which can be determined by adapting to experimentally determined data.
Im Folgenden werden mehrere Möglichkeiten vorgeschlagen, den aktuellen Tonerverbrauchswert zu ermitteln. Es ist klar, dass "ermitteln" in diesem Zusammenhang nicht exaktes Erfassen des tatsächlichen aktuellen Tonerverbrauchs bedeuten kann, denn wenn dies möglich wäre, wäre ja die Aufgabe des gesamten Verfahrens bereits gelöst. "Ermitteln" bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine jede direkte oder indirekte approximative Bestimmung des aktuellen Tonerverbrauchs, inklusive dessen Abschätzung.In the following, several options are proposed for determining the current toner consumption value. It is clear that "determining" in this context cannot mean exact recording of the actual current toner consumption, because if this were possible, the task of the entire method would already have been achieved. In the context of the present invention, “determining” means any direct or indirect approximate determination of the current toner consumption, including its estimation.
Bei eingeschwungenem Regelkreis ist die Stellgröße 48 bereits ein relativ guter Schätzwert für den aktuellen Tonerverbrauch. Wie in Figur 7 gezeigt, wird daher in einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Stellgröße 48 als aktueller Tonerverbrauchswert in eine Korrektureinheit 66 eingegeben, die daraus die Sensorkorrektur 64 ermittelt und die ein entsprechendes Sensorkorrektursignal an die Messeinrichtung 52 schickt. Wiederum wird im folgenden weder sprach- lieh noch bezüglich des Bezugszeichens zwischen der Sensorkorrektur und dem entsprechenden Signal unterschieden.When the control loop is steady, the manipulated variable 48 is already a relatively good estimate of the current toner consumption. As shown in FIG. 7, in one embodiment of the method according to the invention, the manipulated variable 48 is entered as the current toner consumption value in a correction unit 66, which determines the sensor correction 64 therefrom and which sends a corresponding sensor correction signal to the measuring device 52. Again, neither language nor borrowed with respect to the reference number between the sensor correction and the corresponding signal.
Die Verwendung der Stellgröße 48 als Tonerverbrauchswert stellt eine Rückkopplung dar, die den Regelkreis prinzipiell aus dem Gleichgewicht bringen könnte. Es hat sich jedoch in der Praxis gezeigt, dass auch mit dieser Rückkopplung bei geeigneter Wahl der Regelparameter ein stabiles Regelverhalten erreicht werden kann.The use of the manipulated variable 48 as a toner consumption value represents a feedback that could in principle bring the control loop out of balance. However, it has been shown in practice that this feedback can also achieve stable control behavior if the control parameters are selected appropriately.
Bei einer anderen, in Figur 8 gezeigten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Tonerverbrauchswert 68 in einer Druckersteuerung 70 an Hand von Druckdaten bestimmt und an die Korrektureinheit 66 übermittelt. Der Verbrauchswert 68 kann während oder nach der Aufbereitung der Druckdaten in der Druckersteuerung berechnet werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus den Druσk- bilddaten für jede einer gewissen Anzahl von Einfärbungsstu- fen die Anzahl der einzufärbenden Pixel ermittelt und daraus der Tonerverbrauch abgeschätzt. Konkret geschieht dies folgendermaßen: jeder zu druckende Pixel wird einer von m Ein- färbungsstufen (Graustufen) zugeordnet, wobei m eine natürliche Zahl ist. Wenn mit n± die Anzahl von Pixeln der i-ten Einfärbungsstufe bezeichnet wird, berechnet sich der Schätz- wert für den Tonerverbrauch gemäß:In another embodiment of the method according to the invention shown in FIG. 8, the toner consumption value 68 is determined in a printer controller 70 on the basis of print data and transmitted to the correction unit 66. The consumption value 68 can be calculated in the printer controller during or after the preparation of the print data. In the exemplary embodiment of the method according to the invention shown, the number of pixels to be inked is determined from the print image data for each of a certain number of inking stages, and the toner consumption is estimated therefrom. Specifically, this is done as follows: each pixel to be printed is assigned to one of m inking levels (gray levels), where m is a natural number. If the number of pixels of the i-th coloration level is denoted by n ±, the estimated value for the toner consumption is calculated according to:
Tonerverbrauch = kVerb (ki • ni + ...4- ki ni + . . . + km • nm) + k0,Toner consumption = k Ve rb (ki • ni + ... 4- ki ni +... + K m • n m ) + k 0 ,
wobei ki der Gewichtungsfaktor der Pixelanzahl der i-ten Einfärbungsstufe und kVerb ein Proportionalitätsfaktor ist. k0 Bezeichnet einen Grundverbrauch an Toner durch Staubbildung, Absaugung o.a.where ki is the weighting factor of the number of pixels of the i-th coloration level and k Ve rb is a proportionality factor. k 0 Designates a basic consumption of toner due to dust formation, suction or the like
Die Druckbilddaten werden vor dem Belichten und Einfärben des Fotohalbleiters der Fototrommel 10 in der Druckersteuerung 70 aufbereitet. Zwischen der Aufbereitung der Druckdaten und der Entwicklung des Fotoleiters kann eine gewisse, nicht unerhebliche Zeitspanne liegen. Daher ist in der Darstellung von Figur 8 ein Verzögerungspuffer 72 vorgesehen, in dem der von der Druckersteuerung 70 ermittelte Tonerverbrauchswert für die Dauer dieser Zeitspanne zwischengespeichert wird und erst dann an die Korrektureinheit 66 weitergegeben wird, wenn das den Druckdaten entsprechende Bild tatsächlich entwickelt wird.The print image data is processed in the printer controller 70 before the exposure and inking of the photo semiconductor of the photo drum 10. There can be a certain, not insignificant period of time between the preparation of the print data and the development of the photoconductor. Therefore in the representation of 8, a delay buffer 72 is provided, in which the toner consumption value determined by the printer controller 70 is temporarily stored for the duration of this period and is only passed on to the correction unit 66 when the image corresponding to the print data is actually developed.
Neben der oben beschriebenen inhomogenen Tonerkonzentrationsverteilung in der Entwicklerstation 22 gibt es noch eine weitere Fehlerquelle, die die Konzentrationsmessung verfälschen kann. Denn der Messwert des Sensors 42 wird durch die Größe der elektrostatischen Aufladung des Toners beeinflusst, die wiederum Fluktuationen unterworfen ist. Der Aufladungszustand des Toners ist aber ebenfalls vom Tonerdurchsatz, d.h. vom Tonerverbrauch abhängig. Deshalb kann ein aufgrund einer vom Sollwert abweichenden Toneraufladung verfälschter Messwert ebenfalls unter Verwendung des aktuellen Tonerverbrauchswertes 68 von der Korrektureinheit 66 korrigiert werden.In addition to the inhomogeneous toner concentration distribution in the developer station 22 described above, there is another source of error that can falsify the concentration measurement. This is because the measured value of the sensor 42 is influenced by the size of the electrostatic charge on the toner, which in turn is subject to fluctuations. However, the state of charge of the toner is also dependent on the toner throughput, i.e. depending on toner consumption. Therefore, a measurement value that is falsified due to a toner charge that deviates from the target value can also be corrected by the correction unit 66 using the current toner consumption value 68.
Ein weiteres Problem des Regelverfahrens von Figur 3 und auch des verbesserten Regelverfahrens von Figur 7 und 8 besteht darin, dass die damit erreichbare Regeldynamik relativ träge ist. Das bedeutet beispielsweise, dass sich erst ein gewisser Tonermangel einstellen muss, bis der Regler 46 über Motorsteuerung 40 und Motor 38 beginnt, die fehlende Menge Toner zuzuführen. Der Grund dafür ist, dass die Regelverstärkung des Reglers 46 nicht beliebig groß gewählt werden kann, weil sonst der Regelkreis störanfällig würde. In der Konse- quenz tritt beim herkömmlichen Regelverfahren immer wieder eine Tonerkonzentration in der Entwicklerstation 22 auf, die erheblich vom Sollwert abweicht, was die Druckqualität beeinträchtigt und im schlimmsten Falle zur Beschädigung der Entwicklereinheit 22 führen kann.Another problem of the control method of FIG. 3 and also of the improved control method of FIGS. 7 and 8 is that the control dynamics that can be achieved with it are relatively sluggish. This means, for example, that a certain lack of toner must first occur until the controller 46 begins to supply the missing amount of toner via the motor control 40 and motor 38. The reason for this is that the control gain of the controller 46 cannot be chosen to be arbitrarily large, because otherwise the control loop would be susceptible to failure. As a consequence, in the conventional control method, a toner concentration occurs again and again in the developer station 22, which deviates considerably from the target value, which affects the print quality and, in the worst case, can damage the developer unit 22.
Eine Lösung für dieses Problem ist in Figur 9 gezeigt. An Stelle des Reglers 46 nach den Figuren 3, 7 und 8 tritt in Figur 9 eine Reglereinheit 74, die neben dem Eingang für die Regelgröße 44 einen Eingang für den ermittelten Tonerverbrauchswert 68 hat. Die Regeleinheit 74 erzeugt aus der Regelgröße 44 und dem Tonerverbrauchswert 68 eine kombinierte Stellgröße 76. Die kombinierte Stellgröße 76 setzt sich zusammen aus einer ersten Stellgröße, die eine reine Steuergröße ist und eine Tonerzufuhr bewirkt, die dem Tonerverbrauchswert 68 entspricht, und einer zweiten Stellgröße, die sich aus der Regelgröße 44 bemisst und im Wesentlichen der Stell- große 48 im herkömmlichen Verfahren der Figuren 3, 7 und 8 entspricht. Dadurch wird die Tonerzufuhr im gewissen Sinne durch den ermittelten Tonerverbrauchswert 68 vorgesteuert. Die zweite Stellgröße dient im Grunde dazu, Fehler in der Vorsteuerung durch Regelung auszugleichen.A solution to this problem is shown in Figure 9. Instead of the controller 46 according to FIGS. 3, 7 and 8 occurs in FIG. 9 shows a controller unit 74 which, in addition to the input for the controlled variable 44, has an input for the determined toner consumption value 68. The control unit 74 generates a combined manipulated variable 76 from the controlled variable 44 and the toner consumption value 68. The combined manipulated variable 76 is composed of a first manipulated variable, which is a purely control variable and causes a toner supply that corresponds to the toner consumption value 68, and a second manipulated variable, which is measured from the controlled variable 44 and essentially corresponds to the manipulated variable 48 in the conventional method of FIGS. 3, 7 and 8. As a result, the toner supply is precontrolled in a certain sense by the determined toner consumption value 68. The second manipulated variable basically serves to compensate for errors in the pilot control by means of regulation.
Bei Anwendung des Verfahrens von Figur 9 treten weitaus geringere Regelabweichungen auf als im herkömmlichen Verfahren, d.h. aufgrund der Vorsteuerung ist die Regelgröße 44, also der Istwert der Tonerkonzentration relativ nah bei deren Sollwert. Da auf eine Änderung des Tonerverbrauchs unmittelbar über die erste Stellgröße entgegengewirkt wird, ist das dynamische Verhalten der Tonerkonzentrationseinstellung gemäß Figur 9 weitaus besser als im herkömmlichen, reinen Regelverfahren.When using the method of FIG. 9, there are far fewer control deviations than in the conventional method, i.e. Due to the precontrol, the controlled variable 44, that is to say the actual value of the toner concentration, is relatively close to its target value. Since a change in the toner consumption is counteracted directly via the first manipulated variable, the dynamic behavior of the toner concentration setting according to FIG. 9 is far better than in the conventional, pure control method.
Die erste Stellgröße ist wie gesagt die Stellgröße, die die Regeleinheit 74 ausgeben würde, wenn die Regelabweichung Null wäre und lediglich ein gewisses Tonerverbrauchswertsignal 68 in die Regeleinheit 74 eingespeist würde. Die zweite Stell- große ist die Stellgröße, die die Regeleinheit 74 ausgeben würde, wenn lediglich die Regelgröße 44, d.h. ein Messwert der Toaerkonzentration in die Regeleinheit 74 eingespeist würde, jedoch kein Tonerverbrauchswertsignal 68 an der Regeleinheit 74 anläge. Wie diese beiden Stellgrößen zu einer Stellgröße 76 kombiniert werden, hängt vom speziellen Aufbau der Regeleinheit 74 ab. In den Rahmen der Erfindung fallen alle Regeleinheiten 74, in denen die Regelgröße 44 (die ge- messene Tonerkonzentration) und der ermittelte Tonerr- verbrauchswert 68 zu einer gemeinsamen Stellgröße 76 verarbeitet werden. Ohne Einschränkung sollen jedoch in Figuren 10 und 11 zur Illustration zwei einfache Beispiele für die Reg- lereinheit 74 erläutert werden.As stated, the first manipulated variable is the manipulated variable that the control unit 74 would output if the control deviation were zero and only a certain toner consumption value signal 68 was fed into the control unit 74. The second manipulated variable is the manipulated variable which the control unit 74 would output if only the controlled variable 44, ie a measured value of the target concentration were fed into the control unit 74, but no toner consumption value signal 68 was present at the control unit 74. How these two manipulated variables are combined to form a manipulated variable 76 depends on the special structure of the control unit 74. All control units 74 in which the controlled variable 44 (the measured toner concentration) and the determined toner consumption value 68 are processed to a common manipulated variable 76. Without limitation, however, two simple examples for the controller unit 74 are to be explained in FIGS. 10 and 11 for illustration.
In Figur 10 ist ein Ausführungsbeispiel für die Regeleinheit 74 gezeigt. Die Regeleinheit 74 umfasst einen Regler 46 von im Wesentlichen gleicher Art wie in Figuren 2, 3, 7 und 8. Der Regler 46 erhält die Regelgröße 44 als Eingangssignal und gibt als Ausgangssignal die zweite Stellgröße 78 aus. Der Regler 74 umfasst ferner ein Steuerelement 80, das aus dem Tonerverbrauchswert 68 die erste Stellgröße 82 erzeugt. Im Knotenpunkt 83 werden die erste Stellgröße 82 und die zweite Stellgröße 78 zur kombinierten Stellgröße 76 addiert.An exemplary embodiment for the control unit 74 is shown in FIG. The control unit 74 comprises a controller 46 of essentially the same type as in FIGS. 2, 3, 7 and 8. The controller 46 receives the controlled variable 44 as an input signal and outputs the second manipulated variable 78 as an output signal. The controller 74 further comprises a control element 80 which generates the first manipulated variable 82 from the toner consumption value 68. In node 83, the first manipulated variable 82 and the second manipulated variable 78 are added to the combined manipulated variable 76.
Im Beispiel von Figur 11 umfasst die Regeleinheit 74 neben Regler 46 eine Steuereinheit 84, die aus dem Tonerverbrauchswert 68 eine Hilfsgröße 86 erzeugt, die zur Regelgröße 44 addiert wird. Die Hilfsgröße 86 entspricht derjenigen hypothetischen Regelabweichung, aus der der Regler 46 eine Tonerzufuhr entsprechend dem Tonerverbrauchswert 68 vorgeben würde. Anders als bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 10 treten bei der Regeleinheit 74 von Figur 11 die erste und zweite Stellgröße nicht explizit auf, sind jedoch nach dem oben Gesagten bereits durch die anliegenden Signale, d.h. den Tonerverbrauchswert 68 bzw. die Regelgröße 44 wohl definiert und schlagen sich in der kombinierten Stellgröße 76 nieder. In diesem weiten Sinne ist im Rahmen der vorliegenden Erfin- düng der Begriff der Kombination der ersten und zweiten Stellgröße zu verstehen.In the example of FIG. 11, the control unit 74 comprises, in addition to the controller 46, a control unit 84 which generates an auxiliary variable 86 from the toner consumption value 68, which is added to the control variable 44. The auxiliary variable 86 corresponds to that hypothetical control deviation from which the controller 46 would prescribe a toner supply corresponding to the toner consumption value 68. In contrast to the exemplary embodiment in FIG. 10, the first and second manipulated variables do not occur explicitly in the control unit 74 in FIG. 11, but according to what has been said above, they are already determined by the signals present, i.e. the toner consumption value 68 or the controlled variable 44 are well defined and are reflected in the combined manipulated variable 76. In this broad sense, the term “combination of the first and second manipulated variable” is to be understood in the context of the present invention.
In Figur 12 sind der ermittelte Tonerverbrauchswert TVE(a), der tatsächliche Tonerverbrauch TV (b) , der Stellwert SW2 der zweiten Stellgröße bzw. der Stellwert SWK der kombinierten Stellgröße (c) und der Istwert I der Tonerkonzentration (d) in einem schematischen Diagramm gegen eine gemeinsame Zeit- achse aufgetragen. Der im Diagramm (a) eingetragene Tonerverbrauchswert 68 ist in der Druckersteuerung 70 von Figuren 8 und 9 aus Druckdaten ermittelt worden. Da die Druckdaten vor dem Entwickeln des Ladungsbildes vorliegen, liegt auch der ermittelten Tonerverbrauchswert jeweils um ein Zeitintervall T vor dem tatsächlichen Tonerverbrauch vor. Für dieses Zeitintervall T wird der Tonerverbrauchswert 68 im Verzögerungspuffer 72 (siehe Figuren 8 und 9) zwischengespeichert und dadurch mit dem tatsächlichen Tonerverbrauch synchroni- siert, wie in Diagramm (b) gezeigt.FIG. 12 shows the determined toner consumption value TVE (a), the actual toner consumption TV (b), the manipulated variable SW2 of the second manipulated variable or the manipulated variable SWK of the combined manipulated variable (c) and the actual value I of the toner concentration (d) in a schematic diagram against a common time axis applied. The toner consumption value 68 entered in diagram (a) has been determined in the printer controller 70 of FIGS. 8 and 9 from print data. Since the print data are available before the charge image is developed, the determined toner consumption value is also available in each case by a time interval T before the actual toner consumption. For this time interval T, the toner consumption value 68 is temporarily stored in the delay buffer 72 (see FIGS. 8 and 9) and is therefore synchronized with the actual toner consumption, as shown in diagram (b).
In Diagramm (b) ist dargestellt, dass der ermittelte Tonerverbrauchswert 68 (ausgezogene Linie) vom tatsächlichen Verbrauch TV (gepunktete Linie) etwas abweicht. Im Zeitinter- vall Ti liegt der ermittelte Tonerverbrauchswert 68 beispielsweise über dem tatsächlichen Verbrauch TV. Ferner ist die Regelabweichung zu Beginn des Intervalls Ti gleich 0, wie dem Diagramm (d) zu entnehmen ist, und der Stellwert SW2 der zweiten Stellgröße ist daher zunächst ebenfalls gleich 0 (siehe Diagramm c) . Daher ergibt sich der Stellwert SWK der kombinierten Stellgröße zu Beginn des Intervalls Ti lediglich aus der ersten Stellgröße und liegt, wie in Diagramm (c) zu sehen, über dem tatsächlichen Verbrauch, weil der ermittelte Verbrauchswert zu hoch geschätzt wurde. Infolgedessen steigt der Istwert der Tonerkonzentration zu Beginn des Intervalls Ti über den Sollwert.Diagram (b) shows that the determined toner consumption value 68 (solid line) deviates somewhat from the actual consumption TV (dotted line). In the time interval Ti, the determined toner consumption value 68 is, for example, above the actual consumption TV. Furthermore, the control deviation at the beginning of the interval Ti is 0, as can be seen in diagram (d), and the manipulated variable SW2 of the second manipulated variable is therefore initially also equal to 0 (see diagram c). The manipulated variable SWK of the combined manipulated variable at the beginning of the interval Ti therefore only results from the first manipulated variable and, as can be seen in diagram (c), is above the actual consumption because the determined consumption value was overestimated. As a result, the actual value of the toner concentration at the beginning of the interval Ti rises above the target value.
In Antwort auf diese Regelabweichung erzeugt die Regeleinheit 74 eine zweite Stellgröße mit negativem Stellwert SW2, die den Stellwert SWK der kombinierten Stellgröße korrigiert und etwa zur Mitte des Zeitintervalls Ti an den tatsächlichen Tonerverbrauch TV angleicht (siehe Diagramm (c) ) . In den Zeitintervallen T2 und T3, in denen der ermittelte Tonerverbrauchswert 68 ebenfalls über dem tatsächlichen Toner- verbrauch liegt, zeigt sich das gleiche Verhalten. Im Intervall T4 liegt der ermittelte Tonerverbrauchswert 68 unter dem tatsächlichen Tonerverbrauch TV, so dass der Stellwert SWK der kombinierten Stellgröße SWK aufgrund einer zu kleinen ersten Stellgröße zunächst unter dem tatsächlichen Tonerverbrauch TV liegt. Dadurch fällt der Istwert I der Tonerkonzentration TK zunächst unter den Sollwert S, wird aber durch einen dann positiven Stellwert SW2 der zweiten Stellgröße wieder auf den Sollwert S geregelt.In response to this control deviation, the control unit 74 generates a second manipulated variable with a negative manipulated variable SW2, which corrects the manipulated variable SWK of the combined manipulated variable and adjusts it to the actual toner consumption TV approximately at the middle of the time interval Ti (see diagram (c)). The same behavior is shown in the time intervals T 2 and T 3 , in which the determined toner consumption value 68 is also above the actual toner consumption. In the interval T 4 , the determined toner consumption value 68 lies below the actual toner consumption TV, so that the manipulated variable SWK of the combined manipulated variable SWK is initially below the actual toner consumption TV due to a too small first manipulated variable. As a result, the actual value I of the toner concentration TK initially falls below the setpoint S, but is then regulated back to the setpoint S by a then positive manipulated variable SW2 of the second manipulated variable.
Aus dem Diagramm (c) der Figur 12 wird deutlich, dass die zweite Stellgröße nur einen relativ geringen Beitrag zur kombinierten Stellgröße leistet. Sie dient im Wesentlichen dazu, Fehler in der ersten Stellgröße aufgrund eines ungenauen Schätzwertes auszuregeln. Da die erste Stellgröße unmit- telbar auf eine ermittelte Änderung des Tonerverbrauchswerts reagiert, ist die Dynamik des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Einstellen der Tonerkonzentration sehr gut. Anders als bei einem reinen Steuerverfahren wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ein systematischer Fehler bei der Ermittlung des Tonerverbrauchswertes ausgeregelt, der sich andernfalls im Laufe der Zeit summieren würde und zu einer divergierenden Tonerkonzentration in der Entwicklerstation 22 führen würde.It is clear from diagram (c) in FIG. 12 that the second manipulated variable only makes a relatively small contribution to the combined manipulated variable. It essentially serves to correct errors in the first manipulated variable due to an inaccurate estimated value. Since the first manipulated variable immediately reacts to a determined change in the toner consumption value, the dynamics of the method according to the invention for setting the toner concentration are very good. In contrast to a pure control method, in the method according to the invention a systematic error in the determination of the toner consumption value is corrected, which would otherwise add up over time and would lead to a divergent toner concentration in the developer station 22.
In Figur 13 ist eine alternative Ausführung des erfindungsge- mäßen Verfahrens gezeigt, das sich vom Verfahren von Figur 9 durch die Art unterscheidet, nach der der Tonerverbrauchswert 68 ermittelt wird. Dazu dient im Verfahren von Figur 13 ein Pixelzähler 88, der die pro Einfärbungsstufe .im Zeichengenerator 16 (siehe Figur 1) gesetzt Pixel zählt. Der Pixelzähler 88 wird im gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (Application Specific Integrated Circuit, ASIC) gebildet. Der Pixelzähler 88 hat drei Eingänge 90, 92 und 94 entsprechend der drei Einfär- bungsstufen, hellgrau, dunkelgrau bzw. schwarz, die im vor- liegenden Ausführungsbeispiel berücksichtigt werden. Für jedes Pixel, das im Zeichengenerator 16 gesetzt wird, wird ein Signal in den der Einfärbungsstufe des Pixels entspre- chenden Eingang 90, 92 oder 94 gespeist. Im Pixelzähler 88 wird aus den gezählten Pixeln durch Gewichtung mit ihrer jeweiligen Einfärbungsstufe ähnlich wie oben bereits beschrieben der Tonerverbrauchswert 68 ermittelt. Ein solcher Pixelzähler 88 lässt sich leicht mit herkömmlichen Systemen kombinieren, ohne dass diese bedeutend modifiziert werden müßten. Der Pixelzähler kann 88 ähnlich wie die Druckerdteuerung 70 von Fig. 8 mit einem Verzögerungspuffer 72 versehen sein.FIG. 13 shows an alternative embodiment of the method according to the invention, which differs from the method of FIG. 9 in the way in which the toner consumption value 68 is determined. For this purpose, in the method of FIG. 13, a pixel counter 88 is used, which counts the pixels set for each coloring step in the character generator 16 (see FIG. 1). In the exemplary embodiment shown, the pixel counter 88 is formed by an application-specific integrated circuit (ASIC). The pixel counter 88 has three inputs 90, 92 and 94 corresponding to the three coloring levels, light gray, dark gray and black, which are taken into account in the present exemplary embodiment. For each pixel that is set in the character generator 16, a signal in the coloration level of the pixel is corresponding input 90, 92 or 94 fed. In the pixel counter 88, the toner consumption value 68 is determined from the counted pixels by weighting with their respective inking level in a manner similar to that already described above. Such a pixel counter 88 can be easily combined with conventional systems without having to be significantly modified. The pixel counter 88 may be provided with a delay buffer 72 similar to the printer earth controller 70 of FIG. 8.
In Figur 14 ist eine besonders einfach und kostengünstig implementierbare Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Dabei wird der elektrische Strom, mit dem eine Stromquelle 96 den Zeichengenerator 16 versorgt, in einer Strommesseinrichtung 98 gemessen und der Messwert in einen Tonerverbrauchsschätzer 100 übertragen. Der Tonerverbrauchsschätzer 100 schätzt aus dem Stromverbrauch des Zeichengenerators 16 den Tonerverbrauchswert 68 ab. Dies gelingt, weil der Stromverbrauch des Zeichengenerators 16 wie oben bereits erläutert, ein Maß für die Anzahl und Einfärbungsstufe gedruckter Pixel ist. Der Vorteil des Verfahrens von Figur 14 ist, dass es sich mit sehr geringem konstruktiven Aufwand bei herkömmlichen Druckern oder Kopierern implementieren lässt.FIG. 14 shows a particularly simple and inexpensive implementation of the method according to the invention. The electrical current with which a current source 96 supplies the character generator 16 is measured in a current measuring device 98 and the measured value is transferred to a toner consumption estimator 100. The toner consumption estimator 100 estimates the toner consumption value 68 from the power consumption of the character generator 16. This succeeds because the power consumption of the character generator 16, as already explained above, is a measure of the number and coloration level of printed pixels. The advantage of the method in FIG. 14 is that it can be implemented in conventional printers or copiers with very little design effort.
In Figur 15 ist eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Blockdiagramm skizziert. Bei diesem Verfahren werden die Beiträge der ersten und zweiten Stellgröße zur kombinierten Stellgröße 76 zeitlich variiert. Dazu dienen ein Signalgewichter 102, der das Gewicht be- stimmt, mit dem die Regelgröße 44 bei der Erzeugung des kombinierten Signals 76 berücksichtigt werden soll, und ein Signalgewichter 104, der das Gewicht bestimmt, mit dem der ermittelte Verbrauchswert 68 in der kombinierten Stellgröße 76 Niederschlag finden soll.An advantageous development of the method according to the invention is outlined in a block diagram in FIG. In this method, the contributions of the first and second manipulated variables to the combined manipulated variable 76 are varied over time. A signal weight 102, which determines the weight with which the controlled variable 44 is to be taken into account when generating the combined signal 76, and a signal weight 104, which determines the weight with which the determined consumption value 68 in the combined manipulated variable 76 is used, serve for this purpose To find precipitation.
Die entsprechende Gewichtung lässt sich gemäß Figur 15 über zeitabhängige Gewichtungsfunktionen fl(t) und f3(t) vorgeben. So ist beispielsweise die Regelgröße 44 in der Startphase eines Druckers oder Kopierers nicht sehr zuverlässig, weil sich der Gemischverlauf in der Entwicklerstation 22 noch nicht stabilisiert hat. Daher ist es von Vorteil, den Beitrag der Regelgröße 44 zur kombinierten Stellgröße 76, d.h. das Gewicht der zweiten Stellgröße mit Hilfe des Signalgewichters 102 und geeigneter Wahl von fl(t) in der Startphase gering zu halten und erst zu erhöhen, wenn sich der Zustand des Gemisches in der Entwicklerstation 22 stabilisiert hat.The corresponding weighting can be specified according to FIG. 15 via time-dependent weighting functions fl (t) and f3 (t). For example, the controlled variable 44 is not very reliable in the starting phase of a printer or copier because the mixture flow in the developer station 22 has not yet stabilized. It is therefore advantageous to keep the contribution of the controlled variable 44 to the combined manipulated variable 76, ie the weight of the second manipulated variable with the aid of the signal weight 102 and a suitable choice of fl (t) in the start phase, and to increase it only when the state changes of the mixture in the developer station 22 has stabilized.
Darüber hinaus eignen sich unterschiedliche Regelparameter zur Verwendung im Regler 46 für unterschiedliche zeitliche Abschnitte des Druck- oder Kopierprozesses bzw. für unterschiedliche Zustände des Druckers oder Kopiergerätes, wie beispielsweise Aufwärmphase, Druckphase, Kalibrierphase, Frische des Toners etc. Daher hat die Regeleinheit 74 im Ausführungsbeispiel von Figur 15 einen Speicher 106, in dem die Regelparameter entsprechend einer zeitabhängigen bzw. zustandsabhängigen Funktion f2 (t) abgelegt werden.In addition, different control parameters are suitable for use in the controller 46 for different time sections of the printing or copying process or for different states of the printer or copier, such as, for example, warm-up phase, print phase, calibration phase, freshness of the toner, etc. Therefore, the control unit 74 in the exemplary embodiment 15 shows a memory 106 in which the control parameters are stored in accordance with a time-dependent or state-dependent function f2 (t).
Der Regler 46 ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen ein PID-Regler, daher ist die Funktion f2 (t) eine vektorwertige Funktion, deren Vektorkomponenten alle benötigten Regelparameter enthalten. In Figur 15 ist ein nicht näher spezifizier- ter Tonerverbrauchsschätzer, der den Verbrauchswert 68 ermittelt, mit 108 bezeichnet. Als Tonerverbrauchsschätzer 108 kommen unter anderem die vorher beschriebenen Elemente Druckersteuerung 70, Pixelzähler 88 oder Tonerverbrauchsschätzer 100 in Frage.In the exemplary embodiments shown, the controller 46 is a PID controller, therefore the function f2 (t) is a vector-valued function, the vector components of which contain all the required control parameters. A toner consumption estimator, which is not specified in more detail and which determines the consumption value 68, is designated by 108 in FIG. The previously described elements of printer controller 70, pixel counter 88 or toner consumption estimator 100 can be used as toner consumption estimators 108.
Obgleich in den Zeichnungen und in der vorhergehenden Beschreibung bevorzugte Ausführungsbeispiele aufgezeigt und detailliert beschrieben sind, sollte dies als rein beispielhaft und die Erfindung nicht einschränkend angesehen werden. Es wird darauf hingewiesen, dass nur die bevorzugten Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben sind und sämtliche Veränderungen und Modifizierungen, die derzeit und künftig im Schutzumfang der Erfindung liegen, geschützt werden sollen. Although preferred exemplary embodiments have been shown and described in detail in the drawings and in the preceding description, this should be regarded as purely exemplary and not as limiting the invention. It is pointed out that only the preferred exemplary embodiments are shown and described, and all of them Changes and modifications that are presently and in the future within the scope of the invention are to be protected.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
10 Fotoleitertrommel10 photoconductor drum
12 Drehsinn der Fotoleitertrommel 1012 direction of rotation of the photoconductor drum 10
14 Aufladekorotron . 16 Zeichengenerator14 charging corotron. 16 character generator
18 LED-Kamm18 LED comb
20 Steuerungseinheit20 control unit
22 Entwicklerstation22 developer station
24 Behälter 26 Tonerteilchen-Trägerteilchen-Gemisch24 container 26 toner particle-carrier particle mixture
28 Entwicklerwalze28 developer roller
30 Umdruckstation30 transfer station
32 Papier32 paper
34 Reinigungsvorrichtung 36 Tonerreservoir34 cleaning device 36 toner reservoir
38 Motor38 engine
40 Motorsteuerung40 engine control
42 Sensor42 sensor
44 Regelgröße 46 Regler44 controlled variable 46 controller
48 Stellgröße48 manipulated variable
50 Sensorsignal50 sensor signal
52 Messwerterfassung52 Data acquisition
54 Motorsignal 56 Magnetbürste54 Motor signal 56 Magnetic brush
58 Tonerkonzentrationsverteilung (niedriger Verbrauch)58 toner concentration distribution (low consumption)
60 Tonerkonzentrationsverteilung (hoher Verbrauch)60 toner concentration distribution (high consumption)
62 Tonerkonzentrationsverteilung (hoher Verbrauch)62 toner concentration distribution (high consumption)
64 Sensorkorrektur 66 Korrektureinheit64 Sensor correction 66 Correction unit
68 ermittelter Tonerverbrauchswert68 determined toner consumption value
70 Druckersteuerung70 Printer control
72 Verzögerungspuffer72 delay buffers
74 Regeleinheit 78 zweite Stellgröße74 Control unit 78 second manipulated variable
80 Steuerelement80 control
82 erste Stellgröße 83 Knotenpunkt82 first manipulated variable 83 node
84 Steuerelement84 control
86 Hilfsgröße86 auxiliary size
88 Pixelzähler88 pixel counters
90 Eingang90 entrance
92 Eingang92 entrance
94 Eingang94 entrance
96 Stromquelle96 power source
98 Strommesseinrichtung98 current measuring device
100 TonerverbrauchsSchätzer100 toner usage estimates
102 Signalgewichter102 signal weights
104 Signalgewichter104 signal weights
106 Speicher106 memories
108 TonerverbrauchsSchätzer 108 Toner Consumption Estimator

Claims

Ansprüche Expectations
1. Verfahren zum Einstellen der Tonerkonzentration eines Tonerteilchen-Trägerteilchen-Gemisches (26) in einer1. A method for adjusting the toner concentration of a toner particle-carrier particle mixture (26) in one
Entwicklerstation (22) zum Entwickeln eines latenten Ladungsbildes auf einem Zwischenträger (10) eines elektrographischen Druckers oder Kopiergerätes, bei demDeveloper station (22) for developing a latent charge image on an intermediate carrier (10) of an electrographic printer or copier, in which
ein in der Entwicklerstation (22) angeordneter Sensor (42) die Tonerkonzentration im Gemisch (26) mißt,a sensor (42) arranged in the developer station (22) measures the toner concentration in the mixture (26),
ein Stellglied (40, 42) die Tonerzufuhr in die Entwicklerstation (22) einstellt,an actuator (40, 42) stops supplying toner to the developer station (22),
ein aktueller Verbrauchswert (68) für Tonerteilchen ermittelt wird, unda current consumption value (68) for toner particles is determined, and
bei dem eine Regeleinheit (74) zur Regelung der Toner- konzentration das Stellglied (40, 42) abhängig vom Signal (50) des Sensors (42) und vom ermittelten Verbrauchswert (68) ansteuert,in which a control unit (74) for controlling the toner concentration controls the actuator (40, 42) depending on the signal (50) from the sensor (42) and the determined consumption value (68),
wobei aus der am Einbauort (B) des Sensors (42) gemesse- nen Tonerkonzentration und dem Tonerverbrauchswert (68) die Tonerkonzentration an einem vom Einbauort abweichenden Ort (C) in der Entwicklerstation berechnet wird, an dem der Toner zur Entwicklung des latenten Bildes entnommen wird.wherein from the toner concentration measured at the installation location (B) of the sensor (42) and the toner consumption value (68), the toner concentration at a location (C) deviating from the installation location is calculated in the developer station, at which the toner for developing the latent image is removed becomes.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die berechnete Tonerkonzentration am Tonerentnahmeort (C) als Regelgröße in die Regeleinheit (74) eingegeben wird und die Regeleinheit (74) das Stellglied (40, 42) derart ansteuert, dass die berechnete Tonerkonzentration am Tonerentnahmeort (C) einem Sollwert angenähert wird. 2. The method according to claim 1, wherein the calculated toner concentration at the toner removal location (C) is entered as a controlled variable in the control unit (74) and the control unit (74) controls the actuator (40, 42) in such a way that the calculated toner concentration at the toner removal location ( C) is approximated to a target value.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem -der Verbrauchswert (68) abgeschätzt wird.3. The method according to claim 1 or 2, in which the consumption value (68) is estimated.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Stellglied (38, 40) durch die Kombination einer ersten4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the actuator (38, 40) by the combination of a first
Stellgröße (82) und einer zweiten Stellgröße (78) gesteuert wird, wobei sich die erste Stellgröße (82) nach dem Tonerverbrauchswert (68) und die zweite Stellgröße (78) nach der gemessenen Tonerkonzentration bemißt.Control variable (82) and a second control variable (78) is controlled, the first control variable (82) based on the toner consumption value (68) and the second control variable (78) according to the measured toner concentration.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Stellglied 38, 40) durch die Summe einer ersten Stellgröße (82) und einer zweiten Stellgröße (78) gesteuert wird, wobei sich die erste Stellgröße (82) nach dem Tonerverbrauchswert (68) und die zweite Stellgröße (78) nach der gemessenen Tonerkonzentration bemißt.5. The method of claim 4, wherein the actuator 38, 40) is controlled by the sum of a first manipulated variable (82) and a second manipulated variable (78), the first manipulated variable (82) according to the toner consumption value (68) and the second manipulated variable (78) measured according to the measured toner concentration.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die erste Stellgröße (82) so bemessen ist, daß sie eine Tonerzu- fuhr bewirkt, die dem aktuellen Tonerverbrauchswert (68) entspricht .6. The method of claim 4 or 5, wherein the first manipulated variable (82) is dimensioned so that it causes a toner supply which corresponds to the current toner consumption value (68).
7. Verfahren nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei dem die zweite Stellgröße (78) so bemessen ist, daß sie die Tonerkon- zentration auf einen Sollwert regelt.7. The method of claim 4, 5 or 6, wherein the second manipulated variable (78) is dimensioned so that it regulates the toner concentration to a target value.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die am Stellglied (38, 40) eingestellte Tonerzufuhr als Tonerverbrauchswert (68) angenommen wird.8. The method according to any one of the preceding claims, wherein the toner supply set on the actuator (38, 40) is assumed to be the toner consumption value (68).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Tonerverbrauchswert (68) aus Druckdaten abgeschätzt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the toner consumption value (68) is estimated from print data.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem der Tonerverbrauchswert (68) aus der mit ihrer Einfärbungsstufe gewichteten Anzahl zu druckender Pixel abgeschätzt wird. 10. The method of claim 9, wherein the toner consumption value (68) is estimated from the number of pixels to be printed weighted with its inking level.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Tonerverbrauchswert (68) aus der mit ihrer Einfärbungs- stufe gewichteten Anzahl der Pixel abgeschätzt wird, die im das latente Druckbild erzeugenden Zeichengenerator (16) gesetzt werden.11. The method according to any one of claims 1 to 7, in which the toner consumption value (68) is estimated from the number of pixels weighted with its inking level, which are set in the character generator (16) producing the latent printed image.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Pixel mit Hilfe einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (88) gezählt werden, die mit dem Zeichengenerator (16) verbunden ist.12. The method of claim 11, wherein the pixels are counted using an application specific integrated circuit (88) connected to the character generator (16).
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Tonerverbrauchswert (68) anhand des Stromverbrauchs des das latente Ladungsbild erzeugenden Zeichengenerators (16) abgeschätzt wird.13. The method according to any one of claims 1 to 7, wherein the toner consumption value (68) is estimated on the basis of the current consumption of the character generator (16) generating the latent charge image.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem der ermittelte Tonerverbrauchswert (68) bis zur Einfärbung des entsprechenden Druckbildes in einem Datenpuffer (72) gespeichert wird.14. The method according to any one of claims 9 to 13, in which the determined toner consumption value (68) is stored in a data buffer (72) until the corresponding print image is colored.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 14, bei dem die relative Gewichtung der ersten und zweiten Stellgröße (82, 78) im Verlauf des Druck- oder Kopierprozesses variiert wird.15. The method according to any one of claims 4 to 14, wherein the relative weighting of the first and second manipulated variable (82, 78) is varied in the course of the printing or copying process.
16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem die zweite Stellgröße (78) in der Startphase eines Druck- oder Kopierpro- zesses unterdrückt wird und ihre Gewichtung erhöht wird, wenn sich der Zustand des Gemisches (26) in der Entwicklerstation stabilisiert hat.16. The method according to claim 15, wherein the second manipulated variable (78) is suppressed in the start phase of a printing or copying process and its weighting is increased when the state of the mixture (26) has stabilized in the developer station.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Regeleinheit (74) einen PID-Regler (46) umfaßt. 17. The method according to any one of the preceding claims, wherein the control unit (74) comprises a PID controller (46).
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die von der Regeleinheit verwendeten Regelparameter im Verlauf des Druck- oder Kopierprozesses variiert werden.18. The method according to any one of the preceding claims, wherein the control parameters used by the control unit are varied in the course of the printing or copying process.
19. Vorrichtung zum Entwickeln eines latenten Ladungsbildes auf einem Zwischenträger eines elektrographischen Druckers oder Kopiergerätes, mit19. Device for developing a latent charge image on an intermediate carrier of an electrographic printer or copier
einer Entwicklerstation (22) , in der sich ein Tonerteilchen-Trägerteilchen-Gemisch (26) befindet,a developer station (22) in which a toner particle-carrier particle mixture (26) is located,
einem in der Entwicklerstation (22) angeordneten Sensor (42) zum Messen der Tonerkonzentration im Gemisch (26),a sensor (42) arranged in the developer station (22) for measuring the toner concentration in the mixture (26),
einem Stellglied (38, 40) zum Einstellen der Tonerzufuhr in die Entwicklerstation (22) ,an actuator (38, 40) for adjusting the toner supply to the developer station (22),
Mitteln (70, 88, 100) zum Ermitteln eines aktuellen Verbrauchswertes (68) für Tonerteilchen undMeans (70, 88, 100) for determining a current consumption value (68) for toner particles and
einer Regeleinheit (74), die zur Regelung der Tonerkonzentration das Stellglied (38, 40) abhängig vom Signal (50) des Sensors (42) und vom ermittelten Toner- Verbrauchswert (68) ansteuert, bei der ferner Mittel (66) vorgesehen sind, die aus der am Einbauort (B) des Sensors (42) gemessenen Tonerkonzentration und dem Tonerverbrauchswert (68) die Tonerkonzentration an einem vom Einbauort abweichenden Ort (C) in der Entwicklersta- tion berechnen, an dem der Toner zur Entwicklung des latenten Bildes entnommen wird.a control unit (74) which controls the actuator (38, 40) depending on the signal (50) from the sensor (42) and the determined toner consumption value (68) to regulate the toner concentration, in which means (66) are also provided, use the toner concentration measured at the installation location (B) of the sensor (42) and the toner consumption value (68) to calculate the toner concentration at a location (C) in the developer station that is different from the installation location, from which the toner for developing the latent image is removed ,
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die berechnete Tonerkonzentration am Tonerentnahmeort (C) als Regelgrö- ße in die Regeleinheit (74) eingebbar ist und die Regeleinheit (74) so ausgebildet ist, dass sie das Stellglied (40, 42) derart ansteuert, dass die berechnete Tonerkon- zentration am Tonerentnahmeort (C) einem Sollwert angenähert wird.20. The apparatus of claim 19, wherein the calculated toner concentration at the toner removal location (C) can be entered as a control variable in the control unit (74) and the control unit (74) is designed such that it controls the actuator (40, 42) in this way that the calculated toner con concentration at the toner removal location (C) is approximated to a target value.
21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20,' bei der das Stellglied (38, 40) durch die Kombination einer ersten Stellgröße (82) und einer zweiten Stellgröße (78) gesteuert wird, wobei sich die erste Stellgröße (82) nach dem Tonerverbrauchswert (68) und die zweite Stellgröße (78) nach der gemessenen Tonerkonzentration bemisst.21. The apparatus of claim 19 or 20, ' in which the actuator (38, 40) is controlled by the combination of a first manipulated variable (82) and a second manipulated variable (78), the first manipulated variable (82) being based on the toner consumption value ( 68) and the second manipulated variable (78) according to the measured toner concentration.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, bei der die erste Stellgröße (82) so bemessen ist, dass sie eine Tonerzufuhr bewirkt, die dem aktuellen Tonerverbrauchswert (68) entspricht .22. The apparatus of claim 21, wherein the first manipulated variable (82) is dimensioned such that it causes a toner supply that corresponds to the current toner consumption value (68).
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, bei der die zweite Stellgröße (78) so bemessen ist, dass sie die Toner-kon- zentration auf einen Sollwert regelt.23. The apparatus of claim 21 or 22, wherein the second manipulated variable (78) is dimensioned such that it regulates the toner concentration to a desired value.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei der der Tonerverbrauchswert (68) aus Druckdaten abgeschätzt wird.24. The device according to one of claims 19 to 23, wherein the toner consumption value (68) is estimated from print data.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, bei der der Toner- Verbrauchswert (68) aus der mit ihrer Einfärbungsstufe gewichteten Anzahl zu druckender Pixel abgeschätzt wird.25. The apparatus of claim 24, wherein the toner consumption value (68) is estimated from the number of pixels to be printed weighted with its inking level.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23, bei der der Tonerverbrauchswert (68) aus der mit ihrer Einfär- bungsstufe gewichteten Anzahl der Pixel abgeschätzt wird, die im das latente Druckbild erzeugenden Zeichengenerator (16) gesetzt werden.26. Device according to one of claims 19 to 23, in which the toner consumption value (68) is estimated from the number of pixels weighted with its inking level, which are set in the character generator (16) producing the latent printed image.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26 mit einer mit dem Zeichen- generator (16) verbundenen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (88) zum Zählen der Pixel. 27. The apparatus of claim 26 with an application-specific integrated circuit (88) connected to the character generator (16) for counting the pixels.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 23 mit einer Strommesseinrichtung 98 zum Messen des Stromverbrauchs des das latente Ladungsbild erzeugenden Zeichengenerators (16) und Mitteln (100) zum Abschätzen des Tonerverbrauchswertes (68) anhand des Stromverbrauchs des Zeichengenerators (16) . 8. Device according to one of claims 19 to 23 with a current measuring device 98 for measuring the current consumption of the character generator (16) generating the latent charge image and means (100) for estimating the toner consumption value (68) based on the power consumption of the character generator (16).
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